Pierwsza zasada termodynamiki jest związana z zachowaniem energii, podczas gdy druga zasada termodynamiki argumentuje, że niektóre procesy termodynamiczne są niedopuszczalne i nie są całkowicie zgodne z pierwszą zasadą termodynamiki.
Słowo „ termodynamika ” pochodzi od greckich słów, w których „termo” oznacza ciepło, a „dynamika” oznacza moc. Zatem termodynamika to badanie energii, która istnieje w różnych formach, takich jak światło, ciepło, energia elektryczna i chemiczna.
Termodynamika jest bardzo istotną częścią fizyki i dziedzin pokrewnych, takich jak chemia, materiałoznawstwo, nauki o środowisku itp. Tymczasem „prawo” oznacza system reguł. Dlatego prawa termodynamiki dotyczą jednej z form energii, jaką jest ciepło, a ich zachowanie w różnych okolicznościach odpowiada pracy mechanicznej.
Chociaż wiemy, że istnieją cztery prawa termodynamiki, poczynając od prawa zerowego, pierwszego, drugiego i trzeciego. Ale najczęściej stosowane są pierwsze i drugie prawo, dlatego w tej treści będziemy dyskutować i rozróżniać pierwsze i drugie prawo.
Wykres porównania
| Podstawa do porównania | Pierwsza zasada termodynamiki | Druga zasada termodynamiki |
|---|---|---|
| Komunikat | Energii nie można ani stworzyć, ani zniszczyć. | Entropia (stopień zaburzeń) izolowanego układu nigdy się nie zmniejsza, a zamiast tego zawsze rośnie. |
| Wyrażenie | ΔE = Q + W, służy do obliczenia wartości, jeżeli znane są dowolne dwie wielkości. | ΔS = ΔS (system) + ΔS (otaczający)> 0 |
| Wyrażenie implikuje to | Zmiana energii wewnętrznej układu jest równa sumie przepływu ciepła do układu i pracy wykonanej w systemie przez otoczenie. | Całkowita zmiana entropii jest sumą zmiany entropii systemu i otoczenia, która wzrośnie dla dowolnego rzeczywistego procesu i nie może być mniejsza niż 0. |
| Przykład | 1. Żarówki elektryczne, gdy lighten przekształca energię elektryczną w energię świetlną (energię promieniowania) i energię cieplną (energię cieplną). 2. Rośliny przekształcają światło słoneczne (energię światła lub promieniowania) w energię chemiczną w procesie fotosyntezy. | 1. Maszyny przekształcają wysoce użyteczną energię, taką jak paliwa, w mniej użyteczną energię, która nie jest równa energii pobranej na początku procesu. 2. Grzejnik w pomieszczeniu zużywa energię elektryczną i oddaje ciepło do pomieszczenia, ale w zamian pomieszczenie nie może dostarczyć tej samej energii do grzejnika. |
Definicja pierwszej zasady termodynamiki
Pierwsza zasada termodynamiki głosi, że „ energii nie można ani wytworzyć, ani zniszczyć ”, można ją tylko przekształcić z jednego stanu do drugiego. Jest to również znane jako prawo zachowania.
Istnieje wiele przykładów wyjaśniających powyższe stwierdzenie, na przykład żarówka elektryczna, która wykorzystuje energię elektryczną i przekształca się w energię świetlną i cieplną.
Wszystkie rodzaje maszyn i silników wykorzystują niektóre lub inne rodzaje paliwa w celu wykonywania pracy i dawania różnych rezultatów. Nawet żywe organizmy jedzą pokarm, który ulega trawieniu i zapewnia energię do wykonywania różnych czynności.
ΔE = Q + W
Można to wyrazić prostym równaniem jako ΔE, czyli zmiana energii wewnętrznej układu jest równa sumie ciepła (Q), która przepływa przez granice otoczenia i praca jest wykonywana (W) na system przez otoczenie. Przypuśćmy jednak, że jeśli przepływ ciepła byłby poza układem, wówczas „Q” byłoby ujemne, podobnie jeśli praca została wykonana przez układ, wówczas „W” również byłby ujemny.
Możemy więc powiedzieć, że cały proces opiera się na dwóch czynnikach, którymi są ciepło i praca, a ich niewielka zmiana spowoduje zmianę energii wewnętrznej układu. Ale jak wszyscy wiemy, proces ten nie jest tak spontaniczny i nie ma zastosowania za każdym razem, podobnie jak energia nigdy nie spontanicznie płynie z niższej temperatury do wyższej.
Definicja drugiej zasady termodynamiki
Istnieje kilka sposobów wyrażenia drugiej zasady termodynamiki, ale wcześniej musimy zrozumieć, dlaczego wprowadzono drugą zasadę. Uważamy, że w rzeczywistym życiu codziennym pierwsze prawo termodynamiki powinno spełniać, ale nie jest to obowiązkowe.
Rozważmy na przykład żarówkę elektryczną w pomieszczeniu, która pokryje energię elektryczną w energię cieplną (cieplną) i świetlną, a pomieszczenie rozjaśni się, ale odwrotna sytuacja nie jest możliwa, jeśli dostarczymy taką samą ilość światła i ciepła do żarówka zamieni się w energię elektryczną. Chociaż to wyjaśnienie nie jest sprzeczne z pierwszą zasadą termodynamiki, w rzeczywistości nie jest również możliwe.
Według oświadczenia Kelvina-Plancka „ Żadne urządzenie działające w cyklu nie odbiera ciepła z jednego zbiornika i przekształca je w 100% w pracę, tzn. Nie ma silnika cieplnego o sprawności cieplnej 100%” .
Nawet Clausius powiedział, że „nie można zbudować urządzenia, które działa w cyklu i przenosi ciepło ze zbiornika o niskiej temperaturze do zbiornika o wysokiej temperaturze przy braku pracy zewnętrznej”.
Tak więc z powyższego stwierdzenia jasno wynika, że druga zasada termodynamiki wyjaśnia, w jaki sposób transformacja energii zachodzi tylko w określonym kierunku, co nie zostało wyjaśnione w pierwszej zasadzie termodynamiki.
Drugie prawo termodynamiki znane również jako prawo zwiększonej entropii, które mówi, że z czasem entropia lub stopień zaburzeń w systemie zawsze będzie się zwiększał. Podaj przykład, dlaczego popadamy w większe zamieszanie po rozpoczęciu jakiejkolwiek pracy ze wszystkimi planami w miarę postępu pracy. Wraz ze wzrostem czasu nasilają się również zaburzenia lub dezorganizacja.
Zjawisko to ma zastosowanie w każdym systemie, który przy użyciu użytecznej energii zostanie oddany energii bezużytecznej.
ΔS = ΔS (system) + ΔS (otaczający)> 0
Jak opisano wcześniej, delS, które są całkowitą zmianą entropii, jest sumą zmiany entropii systemu i otoczenia, która wzrośnie dla dowolnego rzeczywistego procesu i nie może być mniejsza niż 0.
Kluczowe różnice między pierwszą a drugą zasadą termodynamiki
Poniżej podano podstawowe punkty do rozróżnienia pierwszej i drugiej zasady termodynamiki:
- Zgodnie z Pierwszym Prawem Termodynamiki „Energii nie można ani wytworzyć, ani zniszczyć, można ją tylko przekształcić z jednej formy w drugą”. Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, która nie narusza pierwszej zasady, ale mówi, że energia, która jest przekształcana z jednego stanu do drugiego, nie zawsze jest użyteczna i 100% wzięta. Można więc stwierdzić, że „entropia (stopień zaburzeń) izolowanego układu nigdy nie maleje, a raczej zawsze rośnie”.
- Pierwsza zasada termodynamiki może być wyrażona jako ΔE = Q + W, służy do obliczenia wartości, jeżeli znane są dowolne dwie wielkości, natomiast druga zasada termodynamiki może być wyrażona jako ΔS = ΔS (system) + ΔS ( otoczenie)> 0 .
- Wyrażenia sugerują, że zmiana energii wewnętrznej układu jest równa sumie przepływu ciepła do układu i pracy wykonanej w systemie przez otoczenie w Pierwszym Prawie. W drugim prawie całkowita zmiana w entropii jest sumą zmiany w entropii systemu i otoczenia, która wzrośnie dla dowolnego rzeczywistego procesu i nie może być mniejsza niż 0.
Wniosek
W tym artykule omówiliśmy termodynamikę, która nie ogranicza się do fizyki lub maszyn, takich jak lodówki, samochody, pralki, ale ta koncepcja ma zastosowanie w codziennej pracy każdego. Chociaż tutaj wyróżniliśmy dwa najbardziej mylące Prawa Termodynamiki, ponieważ wiemy, że istnieją jeszcze dwa, które są łatwe do zrozumienia i nie są tak sprzeczne.
