Enerji necə yaranır, bir formadan digərinə necə çevrilir və qapalı sistemdə enerji ilə nə baş verir? Bütün bu suallara termodinamika qanunları ilə cavab vermək olar. Termodinamikanın ikinci qanunu bu gün daha ətraflı müzakirə olunacaq.
Gündəlik həyatda qanunlar
Qanunlar gündəlik həyatı tənzimləyir. Yol qanunları deyir ki, dayanma nişanlarında dayanmalısan. Hökumət maaşlarının bir hissəsini ştata və federal hökumətə verməyi tələb edir. Hətta elmi olanlar da gündəlik həyatda tətbiq olunur. Məsələn, cazibə qanunu uçmağa cəhd edənlər üçün olduqca pis nəticəni proqnozlaşdırır. Gündəlik həyata təsir edən başqa bir elmi qanunlar toplusu termodinamika qanunlarıdır. Onların gündəlik həyata necə təsir etdiyini görmək üçün burada bəzi nümunələr var.
Termodinamikanın Birinci Qanunu
Termodinamikanın birinci qanunu bildirir ki, enerji yarana və ya məhv edilə bilməz, lakin bir formadan digərinə çevrilə bilər. Buna bəzən enerjinin saxlanması qanunu da deyilir. Bəs necədirgündəlik həyata aiddir? Məsələn, indi istifadə etdiyiniz kompüteri götürün. Enerji ilə qidalanır, bəs bu enerji haradan gəlir? Termodinamikanın birinci qanunu bizə deyir ki, bu enerji havadan gələ bilməz, ona görə də haradansa gəldi.
Bu enerjini izləyə bilərsiniz. Kompüter elektrik enerjisi ilə işləyir, bəs elektrik enerjisi haradan gəlir? Düzdür, elektrik stansiyasından və ya su elektrik stansiyasından. İkincisini nəzərə alsaq, o zaman çayı saxlayan bəndlə əlaqələndiriləcək. Çayın kinetik enerjisi ilə əlaqəsi var, bu da çayın axdığını bildirir. Bənd bu kinetik enerjini potensial enerjiyə çevirir.
Su elektrik stansiyası necə işləyir? Turbini çevirmək üçün su istifadə olunur. Turbin fırlandıqda, elektrik enerjisi yaradacaq bir generator hərəkətə gətirilir. Bu elektrik enerjisi tamamilə elektrik stansiyasından evinizə naqillər vasitəsilə ötürülə bilər ki, siz elektrik kabelini elektrik rozetkasına qoşduğunuz zaman elektrik kompüterinizə daxil olur və işləyə bilsin.
Burada nə olub? Artıq kinetik enerji kimi çaydakı su ilə əlaqəli olan müəyyən bir enerji var idi. Sonra potensial enerjiyə çevrildi. Daha sonra bənd həmin potensial enerjini götürdü və elektrik enerjisinə çevirdi, bu da sonra evinizə daxil ola və kompüterinizi gücləndirə bilər.
Termodinamikanın İkinci Qanunu
Bu qanunu öyrənməklə enerjinin necə işlədiyini və hər şeyin niyə doğru getdiyini başa düşmək olarmümkün xaos və qarışıqlıq. Termodinamikanın ikinci qanununa entropiya qanunu da deyilir. Kainatın necə yarandığını heç düşünmüsünüzmü? Böyük Partlayış Nəzəriyyəsinə görə, hər şey doğulmazdan əvvəl çoxlu enerji bir yerə toplanırdı. Kainat Böyük Partlayışdan sonra meydana çıxdı. Bütün bunlar yaxşıdır, amma bu hansı enerji idi? Zamanın əvvəlində kainatdakı bütün enerji nisbətən kiçik bir yerdə cəmlənmişdi. Bu sıx konsentrasiya potensial enerji adlanan böyük məbləği təmsil edirdi. Zamanla o, kainatımızın bütün genişliyinə yayıldı.
Daha kiçik miqyasda, bəndin tutduğu su anbarında potensial enerji var, çünki onun yeri onun bənddən axmasına imkan verir. Hər bir halda, yığılmış enerji sərbəst buraxıldıqdan sonra heç bir səy göstərmədən yayılır və bunu edir. Başqa sözlə, potensial enerjinin sərbəst buraxılması əlavə resurslara ehtiyac olmadan baş verən kortəbii bir prosesdir. Enerji paylandıqca onun bir hissəsi faydalı enerjiyə çevrilir və müəyyən işlər görür. Qalanı yararsız hala çevrilir, sadəcə olaraq istilik adlanır.
Kainat genişlənməyə davam etdikcə o, daha az istifadə edilə bilən enerji ehtiva edir. Daha az faydalı olarsa, daha az iş görülə bilər. Su bəndin içindən axdığı üçün tərkibində daha az faydalı enerji də olur. Zamanla istifadə edilə bilən enerjinin bu azalması entropiyanın olduğu yerdə entropiya adlanırsistemdə istifadə olunmamış enerjinin miqdarıdır və sistem yalnız bütövü təşkil edən obyektlərin toplusudur.
Entropiyaya təşkilatsız təşkilatda təsadüfilik və ya xaosun miqdarı da aid edilə bilər. Vaxt keçdikcə istifadə edilə bilən enerji azaldıqca nizamsızlıq və xaos artır. Beləliklə, yığılmış potensial enerji sərbəst buraxıldıqca, bunların hamısı faydalı enerjiyə çevrilmir. Bütün sistemlər zamanla bu entropiya artımını yaşayır. Bunu başa düşmək çox vacibdir və bu hadisə termodinamikanın ikinci qanunu adlanır.
Entropiya: şans və ya qüsur
Təxmin etdiyiniz kimi, ikinci qanun adətən enerjinin saxlanması qanunu olaraq adlandırılan birinci qanuna əməl edir və enerjinin yaradıla bilməyəcəyini və məhv edilə bilməyəcəyini bildirir. Başqa sözlə, kainatda və ya hər hansı bir sistemdə enerjinin miqdarı sabitdir. Termodinamikanın ikinci qanunu adətən entropiya qanunu adlanır və bu qanuna əsasən, zaman keçdikcə enerji daha az faydalı olur və zaman keçdikcə keyfiyyəti azalır. Entropiya bir sistemin təsadüfi və ya qüsurlarının dərəcəsidir. Sistem çox nizamsızdırsa, o zaman böyük bir entropiyaya malikdir. Sistemdə çoxlu nasazlıqlar varsa, deməli entropiya aşağıdır.
Sadə dillə desək, termodinamikanın ikinci qanunu sistemin entropiyasının zamanla azala bilməyəcəyini bildirir. Bu o deməkdir ki, təbiətdə şeylər nizamlı vəziyyətdən nizamsız vəziyyətə keçir. Və geri dönməzdir. Sistem heç vaxtöz-özünə daha nizamlı olacaq. Başqa sözlə, təbiətdə bir sistemin entropiyası həmişə artır. Bu barədə düşünməyin bir yolu evinizdir. Əgər onu heç vaxt təmizləyib tozsoranla təmizləməsəniz, çox keçmədən dəhşətli bir qarışıqlıq yaşayacaqsınız. Entropiya artdı! Onu az altmaq üçün tozsoran və səthi tozdan təmizləmək üçün mopdan istifadə etmək üçün enerji sərf etmək lazımdır. Ev özünü təmizləməyəcək.
Termodinamikanın ikinci qanunu nədir? Sadə sözlərlə ifadə edilən düsturda deyilir ki, enerji bir formadan digərinə keçəndə maddə ya sərbəst hərəkət edir, ya da qapalı sistemdə entropiya (pozğunluq) artır. Temperatur, təzyiq və sıxlıqdakı fərqlər zamanla üfüqi səviyyədə azalmağa meyllidir. Cazibə qüvvəsinə görə sıxlıq və təzyiq şaquli olaraq bərabərləşmir. Aşağıdakı sıxlıq və təzyiq yuxarıdan daha çox olacaq. Entropiya maddənin və enerjinin çıxışı olan yerdə yayılmasının ölçüsüdür. Termodinamikanın ikinci qanununun ən çox yayılmış formulunu əsasən Rudolf Clausius ilə əlaqələndirirlər:
İstiliyin aşağı temperaturlu bədəndən yüksək temperaturlu bədənə ötürülməsindən başqa effekt verməyən cihaz qurmaq mümkün deyil.
Başqa sözlə, hər şey zamanla eyni temperaturu saxlamağa çalışır. Termodinamikanın ikinci qanununun müxtəlif terminlərdən istifadə edən bir çox düsturları var, lakin onların hamısı eyni məna daşıyır. Başqa bir Clausius ifadəsi:
İstiliyin özü deyilsoyuqdan daha isti bədənə keçir.
İkinci qanun yalnız böyük sistemlərə aiddir. Bu, enerji və ya maddənin olmadığı bir sistemin ehtimal olunan davranışına aiddir. Sistem nə qədər böyükdürsə, ikinci qanun bir o qədər çox olur.
Qanunun başqa redaksiyası:
Ümumi entropiya həmişə kortəbii prosesdə artır.
Proses zamanı ΔS entropiyanın artması sistemə ötürülən istilik Q miqdarının istilik ötürüldüyü T temperatura nisbətindən çox və ya ona bərabər olmalıdır. Termodinamikanın ikinci qanununun düsturu:
Termodinamik sistem
Ümumi mənada, termodinamikanın ikinci qanununun sadə dillə ifadə edilməsi bir-biri ilə təmasda olan sistemlər arasında temperatur fərqlərinin bərabərləşməyə meylli olduğunu və işin bu qeyri-tarazlıq fərqlərindən əldə edilə biləcəyini bildirir. Lakin bu zaman istilik enerjisi itkisi baş verir və entropiya artır. İzolyasiya edilmiş sistemdə təzyiq, sıxlıq və temperatur fərqləri imkan verildiyi təqdirdə bərabərləşməyə meyllidir; sıxlıq və təzyiq, lakin temperatur deyil, cazibə qüvvəsindən asılıdır. İstilik mühərriki iki cisim arasındakı temperatur fərqinə görə faydalı iş təmin edən mexaniki cihazdır.
Termodinamik sistem ətrafındakı sahə ilə qarşılıqlı əlaqədə olan və enerji mübadiləsi aparan sistemdir. Mübadilə və köçürmə ən azı iki şəkildə baş verməlidir. Bir yol istilik köçürməsi olmalıdır. Əgər atermodinamik sistem "tarazlıqdadır", ətraf mühitlə qarşılıqlı əlaqədə olmadan öz vəziyyətini və ya vəziyyətini dəyişə bilməz. Sadə dillə desək, əgər siz balansdasınızsa, “xoşbəxt sistem”siniz, edə biləcəyiniz heç nə yoxdur. Əgər bir şey etmək istəyirsinizsə, xarici dünya ilə əlaqə saxlamalısınız.
Termodinamikanın ikinci qanunu: proseslərin dönməzliyi
İstiliyi tamamilə işə çevirən tsiklik (təkrarlanan) prosesin olması mümkün deyil. İşdən istifadə etmədən istiliyi soyuq cisimlərdən isti cisimlərə ötürən bir prosesin olması da mümkün deyil. Reaksiya zamanı enerjinin bir hissəsi həmişə istiliyə itirilir. Həmçinin, sistem bütün enerjisini iş enerjisinə çevirə bilməz. Qanunun ikinci hissəsi daha aydındır.
Soyuq bədən isti bədəni qızdıra bilməz. İstilik təbii olaraq daha isti yerlərdən daha soyuq ərazilərə axmağa meyllidir. İstilik soyuducudan istiyə doğru gedirsə, bu, "təbii" olana ziddir, buna görə də sistem bunun baş verməsi üçün bəzi işlər görməlidir. Təbiətdəki proseslərin dönməzliyi termodinamikanın ikinci qanunudur. Bu, bəlkə də bütün elmin ən məşhur (ən azı alimlər arasında) və mühüm qanunudur. Onun formulalarından biri:
Kainatın entropiyası maksimuma meyllidir.
Başqa sözlə desək, entropiya ya dəyişməz qalır, ya da böyüyür, Kainatın entropiyası heç vaxt azala bilməz. Problem ondadır ki, həmişə belədirsağ. Bir şüşə ətir götürüb otağa səpsəniz, tezliklə ətirli atomlar bütün məkanı dolduracaq və bu proses geri dönməzdir.
Termodinamikada əlaqələr
Termodinamikanın qanunları istilik enerjisi və ya istilik və enerjinin digər formaları arasındakı əlaqəni və enerjinin maddəyə necə təsir etdiyini təsvir edir. Termodinamikanın birinci qanunu bildirir ki, enerji yarana və ya məhv edilə bilməz; kainatdakı enerjinin ümumi miqdarı dəyişməz olaraq qalır. Termodinamikanın ikinci qanunu enerjinin keyfiyyəti ilə bağlıdır. Bu, enerjinin ötürülməsi və ya çevrilməsi ilə daha çox istifadə edilə bilən enerjinin itirildiyini bildirir. İkinci qanun həmçinin bildirir ki, hər hansı təcrid olunmuş sistemin daha nizamsız olmasına təbii meyl var.
Müəyyən yerdə nizam artdıqda belə, ətraf mühit də daxil olmaqla bütün sistemi nəzərə alanda həmişə entropiyada artım olur. Başqa bir misalda, su buxarlandıqda duz məhlulundan kristallar əmələ gələ bilər. Kristallar məhluldakı duz molekullarından daha çox nizamlıdır; lakin buxarlanmış su maye sudan qat-qat nizamsızdır. Bütövlükdə alınan proses pozğunluğun xalis artması ilə nəticələnir.
İş və enerji
İkinci qanun izah edir ki, istilik enerjisini 100 faiz səmərəliliklə mexaniki enerjiyə çevirmək mümkün deyil. ilə misal göstərmək olarmaşınla. Pistonu idarə etmək üçün təzyiqini artırmaq üçün qazın qızdırılması prosesindən sonra qazda həmişə bir qədər istilik qalır ki, heç bir əlavə işi yerinə yetirmək mümkün deyil. Bu tullantı istilik radiatora köçürülərək atılmalıdır. Avtomobil mühərrikində bu, işlənmiş yanacaq və hava qarışığının atmosferə çıxarılması ilə həyata keçirilir.
Bundan əlavə, hərəkət edən hissələri olan istənilən cihaz mexaniki enerjini istiliyə çevirən sürtünmə yaradır ki, bu da adətən istifadəyə yararsızdır və onu radiatora köçürməklə sistemdən çıxarılmalıdır. İsti cisim və soyuq bir cisim bir-biri ilə təmasda olduqda, istilik enerjisi istilik tarazlığına çatana qədər isti cisimdən soyuq bədənə axacaq. Bununla belə, istilik heç vaxt tərsinə dönməyəcək; iki cisim arasındakı temperatur fərqi heç vaxt özbaşına artmayacaq. İstiliyi soyuq bədəndən isti cismə köçürmək üçün istilik nasosu kimi xarici enerji mənbəyi tərəfindən iş görülməlidir.
Kainatın taleyi
İkinci qanun həm də kainatın sonunu proqnozlaşdırır. Bu pozğunluğun son səviyyəsidir, əgər hər yerdə daimi istilik tarazlığı varsa, heç bir iş görülə bilməz və bütün enerji atomların və molekulların təsadüfi hərəkəti kimi başa çatacaqdır. Müasir məlumatlara görə, Metaqalaktika genişlənən qeyri-stasionar sistemdir və Kainatın istilik ölümündən söhbət gedə bilməz. istilik ölümübütün proseslərin dayandığı istilik tarazlığı vəziyyətidir.
Termodinamikanın ikinci qanunu yalnız qapalı sistemlərə aid olduğu üçün bu mövqe səhvdir. Və kainat, bildiyiniz kimi, hüdudsuzdur. Bununla belə, "Kainatın istilik ölümü" termini bəzən Kainatın gələcək inkişafı üçün ssenariyə istinad etmək üçün istifadə olunur, buna görə də o, səpələnmiş soyuq toza çevrilənə qədər kosmosun qaranlığına qədər sonsuzluğa qədər genişlənməyə davam edəcəkdir..
