Kao ?to znate, prvi zakon termodinamike odra?ava zakon odr?anja energije u termodinami?kim procesima, ali ne daje ideju o smjeru procesa. Osim toga, mo?ete smisliti mnoge termodinami?ke procese koji ne?e biti u suprotnosti s prvim zakonom, ali u stvarnosti takvi procesi ne postoje. Postojanje drugog zakona (po?etka) termodinamike uzrokovano je potrebom da se utvrdi mogu?nost odre?enog procesa. Ovaj zakon odre?uje smjer toka termodinami?kih procesa. Prilikom formulisanja drugog zakona termodinamike koriste se koncepti entropije i Clausiusove nejednakosti. U ovom slu?aju, drugi zakon termodinamike je formulisan kao zakon rasta entropije zatvorenog sistema ako je proces ireverzibilan.

Izjave drugog zakona termodinamike

Ako se proces odvija u zatvorenom sistemu, onda se entropija ovog sistema ne smanjuje. U obliku formule, drugi zakon termodinamike je napisan kao:

gdje je S - entropija; L je put kojim sistem prelazi iz jednog stanja u drugo.

U ovoj formulaciji drugog zakona termodinamike treba obratiti pa?nju na ?injenicu da sistem koji se razmatra mora biti zatvoren. U otvorenom sistemu, entropija se mo?e pona?ati kako ?elite (i smanjiti, i pove?ati, i ostati konstantna). Imajte na umu da se entropija ne mijenja u zatvorenom sistemu tokom reverzibilnih procesa.

Rast entropije u zatvorenom sistemu tokom ireverzibilnih procesa je prelazak termodinami?kog sistema iz stanja sa manjom verovatno?om u stanja sa ve?om verovatno?om. Dobro poznata Boltzmannova formula daje statisti?ku interpretaciju drugog zakona termodinamike:

gdje je k Boltzmannova konstanta; w - termodinami?ka verovatno?a (broj na?ina na koje se razmatrano makrostanje sistema mo?e realizovati). Dakle, drugi zakon termodinamike je statisti?ki zakon, koji je povezan sa opisom obrazaca termi?kog (haoti?nog) kretanja molekula koji ?ine termodinami?ki sistem.

Druge formulacije drugog zakona termodinamike

Postoji niz drugih formulacija drugog zakona termodinamike:

1) Kelvinova formulacija: Nemogu?e je stvoriti kru?ni proces ?iji ?e rezultat biti isklju?ivo pretvaranje topline koja se prima od grija?a u rad. Iz ove formulacije drugog zakona termodinamike zaklju?uje se da je nemogu?e stvoriti vje?ni motor druge vrste. To zna?i da toplotna ma?ina koja periodi?no radi mora imati grija?, radni fluid i hladnjak. U ovom slu?aju, efikasnost idealnog toplotnog motora ne mo?e biti ve?a od efikasnosti Carnotovog ciklusa:

gdje je temperatura grija?a; - temperatura fri?idera; ( title="(!LANG:Rendered by QuickLaTeX.com" height="15" width="65" style="vertical-align: -3px;">).!}

2) Klauzijusova formulacija: Nemogu?e je stvoriti kru?ni proces usled kojeg ?e se dogoditi samo prenos toplote sa tela sa ni?om temperaturom na telo sa vi?om temperaturom.

Drugi zakon termodinamike ozna?ava zna?ajnu razliku izme?u dva oblika prenosa energije (rad i toplota). Iz ovog zakona proizilazi da je prelazak ure?enog kretanja tijela, kao cjeline, u haoti?no kretanje molekula tijela i okoline nepovratan proces. U ovom slu?aju, ure?eno kretanje mo?e se pretvoriti u haoti?no bez dodatnih (kompenzacijskih) procesa. Dok tranzicija neure?enog kretanja u ure?eno treba biti pra?ena kompenzacijskim procesom.

Primjeri rje?avanja problema

PRIMJER 1

PRIMJER 2

Drugi zakon termodinamike(drugi zakon termodinamike) utvr?uje postojanje entropije kao funkcije stanja termodinami?kog sistema i uvodi koncept apsolutne termodinami?ke temperature, odnosno "drugi zakon je zakon entropije" i njegovih svojstava. U izolovanom sistemu, entropija ili ostaje nepromenjena ili raste (u neravnote?nim procesima), dosti?u?i maksimum kada se postigne termodinami?ka ravnote?a ( zakon pove?anja entropije) . Razli?ite formulacije drugog zakona termodinamike koje se nalaze u literaturi su posebni izrazi op?teg zakona pove?anja entropije.

Drugi zakon termodinamike omogu?ava konstruisanje racionalne temperaturne skale koja ne zavisi od proizvoljnosti u izboru termometri?ke osobine i metode njenog merenja.

Zajedno, prvi i drugi princip ?ine osnovu fenomenolo?ke termodinamike, koja se mo?e smatrati razvijenim sistemom posljedica ova dva principa. Istovremeno, od svih procesa koje dozvoljava prvi zakon u termodinami?kom sistemu, drugi zakon nam omogu?ava da izdvojimo stvarno mogu?e i utvrdimo pravac toka spontanih procesa, kao i kriterijume za ravnote?u u termodinami?kom sistemu. sistemima

Enciklopedijski YouTube

1 / 5

? Osnove toplotne tehnike. Drugi zakon termodinamike. Entropija. Nernstova teorema.

? PRVI I DRUGI ZAKON TERMODINAMIJE

? Fizika. Termodinamika: Prvi zakon termodinamike. Foxford Online Learning Center

? Predavanje 5. II zakon termodinamike. Entropija. Hemijska ravnote?a

? Prvi zakon termodinamike. Unutra?nja energija

Titlovi

Pri?a

Drugi zakon termodinamike nastao je kao radna teorija toplotnih motora, koja uspostavlja uslove pod kojima pretvaranje toplote u rad dosti?e svoj maksimum. Analiza drugog zakona termodinamike pokazuje da mala vrijednost ovog efekta - koeficijenta performansi (COP) - nije uzrokovana tehni?kom nesavr?eno??u toplotnih motora, ve? posebno??u topline kao metode prijenosa energije, koja name?e ograni?enja na njegovu veli?inu. Po prvi put teorijske studije o radu toplotnih motora izveo je francuski in?enjer Sadi Carnot. Do?ao je do zaklju?ka da efikasnost toplotnih motora ne zavisi od termodinami?kog ciklusa i prirode radnog fluida, ve? je u potpunosti odre?ena u zavisnosti od spoljnih izvora - greja?a i fri?idera. Carnotov rad je napisan prije otkri?a principa ekvivalencije toplote i rada i univerzalnog priznavanja zakona odr?anja energije. Carnot je svoje zaklju?ke zasnivao na dvije kontradiktorne osnove: teoriji kalorija, koja je ubrzo odba?ena, i hidrauli?noj analogiji. Ne?to kasnije, R. Clausius i W. Thomson-Kelvin slo?ili su Carnotovu teoremu sa zakonom odr?anja energije i postavili temelje za ono ?to je sada sadr?aj drugog zakona termodinamike.

Da bi se potkrijepila Carnotova teorema i dalje konstruisao drugi zakon, bilo je potrebno uvesti novi postulat.

Naj?e??e formulacije postulata drugog zakona termodinamike

Klauzijev postulat (1850.):

Toplota se ne mo?e spontano prenijeti sa hladnijeg tijela na toplije..

Thomson-Kelvinov postulat (1852) kako ga je formulirao M. Planck:

Nemogu?e je izgraditi ma?inu koja povremeno radi, ?ija se cijela aktivnost svodi na podizanje te?ine i hla?enje rezervoara topline.

Indikacija u?estalosti rada ma?ine je neophodna, jer je to mogu?e ne-kru?ni proces, ?iji bi jedini rezultat bio prijem posla zbog unutra?nje energije primljene iz termalnog rezervoara. Ovaj proces nije u suprotnosti sa Thomson-Kelvinovim postulatom, budu?i da je proces nekru?an i stoga ma?ina ne radi periodi?no. U su?tini, Thomsonov postulat govori o nemogu?nosti stvaranja perpetualnog motora druge vrste, koji je sposoban kontinuirano raditi, uzimaju?i toplinu iz neiscrpnog izvora. Drugim rije?ima, nemogu?e je implementirati toplinski stroj ?iji bi jedini rezultat bio pretvaranje topline u rad bez nadoknade, odnosno, a da se dio topline ne prenese na druga tijela i tako nepovratno izgubi za rad. .

Lako je dokazati da su Clausiusovi i Thomsonovi postulati ekvivalentni. Dokaz dolazi iz suprotnog.

Pretpostavimo da Clausiusov postulat nije ispunjen. Razmislite o toplotnom stroju ?ija je radna tvar primila odre?enu koli?inu topline iz vru?eg izvora tokom ciklusa Q 1 (\displaystyle Q_(1)), dao izvoru hladno?e koli?inu toplote i proizveo rad. Po?to, po pretpostavci, Klauzijev postulat nije ta?an, mo?emo toplo Q 2 (\displaystyle Q_(2)) povratak na vrelo bez promjena u okolini. Kao rezultat toga, stanje hladnog izvora se nije promijenilo, topli izvor je radnoj tvari dao koli?inu topline Q 2 - Q 1 (\displaystyle Q_(2)-Q_(1)) i zbog ove vru?ine, ma?ina je obavila posao A = Q 1 - Q 2 (\displaystyle A=Q_(1)-Q_(2)), ?to je u suprotnosti s Thomsonovim postulatom.

Clausiusovi i Thomson-Kelvinovi postulati formulisani su kao poricanje mogu?nosti bilo koje pojave, tj. kao postulati zabrane. Postulati zabrane nimalo ne odgovaraju sadr?aju i savremenim zahtjevima za potkrepljivanje principa postojanja entropije i ne zadovoljavaju u potpunosti zadatku potkrepljenja principa pove?anja entropije, budu?i da bi trebali sadr?avati naznaku odre?enog smjera. nepovratnih pojava uo?enih u prirodi, a ne poricanje mogu?nosti njihovog suprotnog toka.

• Plankov postulat (1926.):

Generisanje toplote trenjem je nepovratno.

Plankov postulat, uz poricanje mogu?nosti potpune transformacije toplote u rad, sadr?i tvrdnju o mogu?nosti potpune transformacije rada u toplotu.

Moderna formulacija drugog zakona klasi?ne termodinamike.

Drugi zakon termodinamike je tvrdnja da svaki ravnote?ni sistem ima odre?enu funkciju stanja - entropiju i njeno neopadanje u bilo kom procesu u izolovanim i adijabatski izolovanim sistemima.

Drugim rije?ima, drugi zakon termodinamike je jedinstveni princip postojanja i pove?anja entropije.

Princip postojanja entropije je izjava drugog zakona klasi?ne termodinamike o postojanju odre?ene funkcije stanja tijela (termodinami?kih sistema) - entropije S (\displaystyle S), ?iji je diferencijal ukupni diferencijal d S (\displaystyle dS), a definira se u reverzibilnim procesima kao omjer elementarne koli?ine topline dovedene izvana d Q rev * (\displaystyle \delta Q_(\text(rev))^(*)) na apsolutnu temperaturu tijela (sistema) T (\displaystyle T):

D S rev = d Q rev * T (\displaystyle dS_(\text(rev))=(\frac (\delta Q_(\text(rev))^(*))(T)))

Princip pove?anja entropije je izjava drugog zakona klasi?ne termodinamike o stalnom porastu entropije izolovanih sistema u svim realnim procesima promene njihovog stanja. (U reverzibilnim procesima promjene stanja izolovanih sistema, njihova entropija se ne mijenja).

D S izoliran >= 0 (\displaystyle dS_(\text(isolated))\geq 0)

Matemati?ki izraz drugog zakona klasi?ne termodinamike:

D S = d Q * T >= 0 (\displaystyle dS=(\frac (\delta Q^(*))(T))\geq 0)

Statisti?ka definicija entropije

U statisti?koj fizici, entropija (S) (\displaystyle (S)) termodinami?ki sistem se razmatra kao funkcija vjerovatno?e (W) (\displaystyle (W)) njeno stanje („Boltzmannov princip“).

S = k l n W , (\displaystyle S=klnW,)

Gdje k (\displaystyle k)- Boltzmannova konstanta, W (\displaystyle W)- termodinami?ka vjerovatno?a stanja, koja je odre?ena brojem mikrostanja koja ostvaruju dato makrostanje.

Metode potkrepljenja drugog zakona termodinamike.

R. Clausiusova metoda

U svom opravdanju drugog zakona, Clausius istra?uje kru?ne procese dva mehani?ki spojena reverzibilna toplotna motora koji koriste idealan gas kao radni fluid, dokazuje Carnotov teorem (izraz efikasnosti reverzibilnog Carnotovog ciklusa) za idealne gasove. i = 1 - T 2 T 1 (\displaystyle \eta =1-(\frac (T_(2))(T_(1)))), a zatim formulira teoremu nazvanu Clausiusov integral:

? d Q T = 0 (\displaystyle \oint (\frac (\delta Q)(T))=0)

Budu?i da je kru?ni integral jednak nuli, slijedi da je njegov integrand ukupni diferencijal neke funkcije stanja - S (\displaystyle S), a sljede?a jednakost je matemati?ki izraz principa postojanja entropije za reverzibilne procese:

D S = d Q T (\displaystyle dS=(\frac (\delta Q)(T)))

Nadalje, Clausius dokazuje nejednakost efikasnosti reverzibilnih i ireverzibilnih ma?ina i, na kraju, dolazi do zaklju?ka da se entropija izolovanih sistema ne smanjuje: Dato je mnogo primedbi i komentara u vezi sa konstrukcijom drugog zakona termodinamike koriste?i Clausius metoda. Evo nekih od njih:

1. Konstrukcija principa postojanja entropije Clausius po?inje izra?avanjem efikasnosti reverzibilnog Carnotovog ciklusa za idealne gasove, a zatim ga pro?iruje na sve reverzibilne cikluse. Dakle, Clausius implicitno postulira mogu?nost postojanja idealnih plinova koji se pridr?avaju Clapeyronove jednad?be P v = R T (\displaystyle Pv=RT) i Jouleov zakon u = u (t) (\displaystyle u=u(t)) .

2. Opravdanost Carnotove teoreme je pogre?na, jer je u ?emu dokaza uveden dodatni uslov - savr?enijoj reverzibilnoj ma?ini je uvek dodeljena uloga toplotnog motora. Me?utim, ako prihvatimo da je rashladna ma?ina savr?enija ma?ina, a umjesto Clausiusovog postulata prihvatimo suprotnu tvrdnju da toplina ne mo?e spontano pre?i sa toplijeg tijela na hladnije, tada ?e se i Carnotova teorema dokazati u istom na?in. Dakle, name?e se zaklju?ak da princip postojanja entropije ne zavisi od pravca toka spontanih procesa, a postulat ireverzibilnosti ne mo?e biti osnova za dokazivanje postojanja entropije.

3. Clausiusov postulat kao postulat zabrane nije eksplicitna izjava koja karakteri?e pravac toka nepovratnih pojava uo?enih u prirodi, posebno izjava o spontanom prenosu toplote sa toplijeg tela na hladnije, jer izraz - ne mogu pre?i nije ekvivalentno izrazu prolazi.

4. Zaklju?ci statisti?ke fizike o probabilisti?koj prirodi principa ireverzibilnosti i otkri?e 1951. godine. neobi?ni (kvantni) sistemi sa negativne apsolutne temperature, u kojem spontani prijenos topline ima suprotan smjer, toplina se mo?e potpuno pretvoriti u rad, a rad se ne mo?e potpuno (bez kompenzacije) pretvoriti u toplinu, uzdrmao je osnovne postulate Clausiusa, Thomsona - Kelvina i Plancka, potpuno odbaciv?i neke, i nametnuv?i ozbiljna ograni?enja. na drugima.

Schiller-Carath?odory metoda

U 20. vijeku, zahvaljuju?i radovima N. Schillera, K. Carath?odorya, T. Afanasyeve - Ehrenfest, A. Gukhmana i N.I. Belokona, pojavio se novi aksiomatski pravac u potkrepljivanju drugog zakona termodinamike. Pokazalo se da se princip postojanja entropije mo?e dokazati bez obzira na smjer realnih procesa koji se promatraju u prirodi, tj. iz principa ireverzibilnosti, a za odre?ivanje apsolutne temperature i entropije, kako je Helmholtz primetio, nije potrebno ni razmatranje kru?nih procesa niti pretpostavka postojanja idealnih gasova. Godine 1909. Konstantin Carath?odory, istaknuti njema?ki matemati?ar, objavio je rad u kojem je obrazlo?io princip postojanja entropije ne kao rezultat prou?avanja stanja realnih termodinami?kih sistema, ve? na osnovu matemati?kog razmatranja izraza za reverzibilni prijenos topline kao diferencijalni polinomi (Pfaffovi oblici). Jo? ranije, na prelazu vekova, N. ?iler je do?ao do sli?nih konstrukcija, ali je njegovo delo ostalo nezapa?eno sve dok T. Afanasjeva-Erenfest nije obratila pa?nju na njih 1928. godine.

Caratheodoryjev postulat (postulat adijabatske nedosti?nosti).

U blizini svakog ravnote?nog stanja sistema mogu?a su njegova stanja koja se ne mogu posti?i reverzibilnim adijabatskim procesom.

Carath?odoryjeva teorema to ka?e ako Pfaffov diferencijalni polinom ima svojstvo da u proizvoljnoj blizini neke ta?ke postoje druge ta?ke koje su nedosti?ne uzastopnim kretanjem du? putanje , tada postoje integriraju?i djelitelji ovog polinoma i jednad?bi ? X i d x i = 0 (\displaystyle \sum X_(i)dx_(i)=0).

M. Planck je bio kriti?an prema Carath?odory metodi. Carath?odoryjev postulat, po njegovom mi?ljenju, nije jedan od o?iglednih i o?iglednih aksioma: „Izjava sadr?ana u njemu nije op?enito primjenjiva na prirodne procese... . Niko nikada nije postavljao eksperimente sa ciljem dostizanja svih susednih stanja nekog odre?enog stanja na adijabatski na?in. Planck suprotstavlja Karateodorijevom sistemu svoj sopstveni sistem zasnovan na postulatu: „Formiranje toplote trenjem je nepovratno“, ?ime se, po njegovom mi?ljenju, iscrpljuje sadr?aj drugog zakona termodinamike. Karateodorijeva metoda je u me?uvremenu bila veoma cenjena u delu T. Afanasjeve-Erenfesta "Nepovratnost, jednostranost i drugi zakon termodinamike" (1928). U svom izvanrednom ?lanku, Afanasyeva-Ehrenfest je do?la do niza va?nih zaklju?aka, posebno:

1. Glavni sadr?aj drugog zakona je da je elementarna koli?ina toplote d Q (\displaystyle \delta Q), koje sistem razmjenjuje u kvazi-sisti?kom procesu, mo?e se predstaviti kao T d S (\displaystyle TdS), gdje T = f (t) (\displaystyle T=f(t))- univerzalna funkcija temperature, nazvana apsolutna temperatura, i (S) (\displaystyle (S))- funkcija parametara stanja sistema, nazvana entropija. O?igledno izraz d Q = T d S (\displaystyle \delta Q=TdS) ima zna?enje princip postojanja entropije.

2. Osnovna razlika izme?u neravnote?nih i ravnote?nih procesa je u tome ?to je u uslovima neujedna?enosti temperaturnog polja mogu? prelazak sistema u stanje sa razli?itom entropijom bez razmene toplote sa okolinom. (Taj proces kasnije u radovima N. I. Belokona nazvan je "unutra?nji prijenos topline" ili prijenos topline radnog fluida.). Posljedica neravnote?nog procesa u izolovanom sistemu je njegova jednostranost.

3. Jednostrana promjena entropije jednako je zamisliva kao njen stalni porast ili njen stalni pad. Fizi?ki preduslovi – kao ?to su adijabatska nedosti?nost i nepovratnost realnih procesa ne izra?avaju nikakve zahteve u pogledu preovla?uju?eg pravca toka spontanih procesa.

4. Za usagla?avanje dobijenih zaklju?aka sa eksperimentalnim podacima za realne procese potrebno je usvojiti postulat ?iji je obim odre?en granicama primjenjivosti ovih podataka. Ovaj postulat je princip pove?anje entropije.

A. Gukhman, ocjenjuju?i Carath?odoryjevo djelo, smatra da se ono „odlikuje formalno-logi?kom strogo??u i savr?enstvom u matemati?kom smislu... Istovremeno, u nastojanju da postigne najve?u op?enitost, Carath?odory je svom sistemu dao tako apstraktan i slo?enom obliku za koji se pokazalo da je gotovo nedostupan ve?ini fizi?ara tog vremena. ?to se ti?e postulata adijabatske nedosti?nosti, Guchman napominje da on kao fizi?ki princip ne mo?e biti osnova teorije koja ima univerzalni zna?aj, budu?i da nema svojstvo samoevidentnosti. "Sve je krajnje jasno u odnosu na jednostavan... sistem... Ali ova jasno?a se potpuno gubi u op?tem slu?aju heterogenog sistema, komplikovanog hemijskim transformacijama i izlo?enog spoljnim poljima." On tako?er govori o tome koliko je Afanasyev-Ehrenfest bio u pravu, insistiraju?i na potrebi da se problem postojanja entropije potpuno odvoji od svega ?to je povezano s idejom nepovratnosti stvarnih procesa. ?to se ti?e izgradnje temelja termodinamike, Gukhman smatra da „ne postoji nezavisan poseban problem postojanja entropije. Pitanje se svodi na pro?irenje na slu?aj termi?ke interakcije niza ideja razvijenih na osnovu iskustva prou?avanja svih drugih energetskih interakcija, a koje kulminiraju uspostavljanjem jednad?be ujedna?ene forme za elementarnu koli?inu djelovanja. d Q = P d x (\displaystyle dQ=Pdx) Ovu ekstrapolaciju sugerira sama struktura ideja. Bez sumnje, ima dovoljno osnova da se to prihvati kao vrlo uvjerljiva hipoteza, a samim tim pretpostaviti postojanje entropije.

N.I. Belokon je u svojoj monografiji "Termodinamika" dao detaljnu analizu brojnih poku?aja da se drugi zakon termodinamike potkrepi kao jedinstveni princip postojanja i pove?anja entropije samo na osnovu postulata o nepovratnosti. Pokazao je da poku?aji takvog opravdanja ne odgovaraju sada?njem nivou razvoja termodinamike i da se ne mogu opravdati, prvo, jer zaklju?ak o postojanju entropije i apsolutne temperature nema nikakve veze sa ireverzibilno??u prirodnih pojava (ove funkcije postoje bez obzira na pove?anje ili smanjenje entropije izolovanih sistema), kao drugo, naznaka pravca posmatranih ireverzibilnih pojava smanjuje nivo uop?tenosti drugog zakona termodinamike i, tre?e, upotreba Thomson-Planckovog postulata o nemogu?nost potpunog pretvaranja toplote u rad je u suprotnosti sa rezultatima istra?ivanja sistema sa negativnom apsolutnom temperaturom, u kojima se toplota mo?e u potpunosti pretvoriti u rad, ali se rad ne mo?e u potpunosti pretvoriti u toplotu. Prate?i T. Afanasyeva-Ehrenfest N.I. Belokon tvrdi da je razlika u sadr?aju, nivou op?tosti i opsegu principa postojanja i pove?anja entropije sasvim o?igledna:

1. Iz principa postojanja entropije slijedi niz va?nih razlika jedna?ine termodinamike, koja se ?iroko koristi u prou?avanju termodinami?kih procesa i fizi?kih svojstava materije, a njen nau?ni zna?aj te?ko se mo?e precijeniti.

2. Princip pove?anja entropije izolovanih sistema je izjava o nepovratnom toku pojava uo?enih u prirodi. Ovaj princip se koristi u prosudbama o najvjerojatnijem smjeru toka fizi?kih procesa i kemijskih reakcija, i svih nejednakosti termodinamika.

?to se ti?e potkrepljivanja principa postojanja entropije metodom Schillera - Carath?odory Belokon napominje da je u konstrukciji principa postojanja ovom metodom apsolutno neophodno koristiti Karateodorijevu teoremu o uslovima postojanja integriraju?ih djelitelja. diferencijalnih polinoma d Q = ? X i d x i = t d Z , (\displaystyle \delta Q=\sum X_(i)dx_(i)=\tau dZ,) me?utim, potreba za kori?tenjem ove teoreme "mora se prepoznati kao vrlo neugodna, budu?i da op?a teorija diferencijalnih polinoma tipa koji se razmatra (Pfaffovi oblici) predstavlja odre?ene pote?ko?e i predstavljena je samo u posebnim radovima o vi?oj matematici." U ve?ini kurseva termodinamike, Karateodorijeva teorema je data bez dokaza, ili je dokaz dat u nerigoroznom, pojednostavljenom obliku. .

Analiziraju?i konstrukciju principa postojanja entropije ravnote?nih sistema prema ?emi K. Carath?odoryja, N.I. Belokon skre?e pa?nju na upotrebu potpuno nerazumne pretpostavke o mogu?nosti istovremenog uklju?ivanja temperature t (\displaystyle t) i - funkcioni?e u sastavu nezavisnih varijabli stanja ravnote?nog sistema i dolazi do zaklju?ka da da je Carath?odoryjev postulat ekvivalentan grupi op?ih uslova za postojanje integriraju?ih djelitelja diferencijalnih polinoma ? X i d x i (\displaystyle \sum X_(i)dx_(i)), ali nedovoljno utvrditi postojanje primarni integriraju?i razdjelnik t (t) = T (\displaystyle \tau (t)=T), odnosno opravdati princip postojanja apsolutne temperature i entropije . Dalje, on navodi: „Sasvim je o?igledno da bi se u konstruisanju principa postojanja apsolutne temperature i entropije na osnovu Karateodorijeve teoreme trebalo koristiti takav postulat, koji bi bio ekvivalentan teoremi o nekompatibilnosti adijabat i izoterma...” U ovim korigovanim konstrukcijama postulat postaje potpuno suvi?an.Karat?odori, budu?i da je ovaj postulat posebna posledica neophodne teoreme o nekompatibilnosti adijabate i izoterme.

Metoda N.I. Belokony

U obrazlo?enju po metodi N.I. Belokon, drugi zakon termodinamike podijeljen je na dva principa (zakona):

1. Princip postojanja apsolutne temperature i entropije ( drugi start termostata).

2. Princip pove?anja entropije ( drugi zakon termodinamike).

Svaki od ovih principa je potkrijepljen na osnovu nezavisnih postulata.

• Postulat drugog zakona termostatike (Belokon).

Temperatura je jedina funkcija stanja koja odre?uje smjer spontanog prijenosa topline, tj. izme?u tijela i elemenata tijela koji nisu u toplotnoj ravnote?i nemogu? je istovremeni spontani (prema ravnote?i) prijenos topline u suprotnim smjerovima - od tijela koja su vi?e zagrijana na tijela koja su manje zagrijana i obrnuto. .

Postulat drugog zakona termostatike je poseban izraz uzro?nosti i nedvosmislenosti zakona prirode . Na primjer, ako postoji razlog zbog kojeg u datom sistemu toplina prelazi sa toplijeg tijela na manje zagrijano, onda ?e isti taj razlog sprije?iti prijenos topline u suprotnom smjeru i obrnuto. Ovaj postulat je potpuno simetri?an u odnosu na pravac ireverzibilnih pojava, budu?i da ne sadr?i nikakve naznake uo?enog pravca ireverzibilnih pojava u na?em svijetu - svijetu pozitivnih apsolutnih temperatura.

Posljedice drugog zakona termostatike:

Zaklju?ak I. Nemogu?e simultano(unutar istog prostorno-vremenskog sistema pozitivnih ili negativnih apsolutnih temperatura) sprovo?enje potpunih transformacija toplote u rad i rada u toplotu.

Zaklju?ak II. (teorema nekompatibilnosti adijabate i izoterme). Na izotermi ravnote?nog termodinami?kog sistema koji prelazi dvije razli?ite adijabate istog sistema, prijenos topline ne mo?e biti nula.

Korolar III (teorema o toplotnoj ravnote?i tela). U ravnote?i kru?ni procesi dva termi?ki spregnuta tijela (t I = t I I) (\displaystyle (t_(I)=t_(I)I)), formiraju?i adijabatski izolovani sistem, oba tela se istovremeno vra?aju u svoje prvobitne adijabate i u prvobitno stanje.

Na osnovu posljedica postulata drugog zakona termostata, N.I. Belokon je predlo?io konstrukciju principa postojanja apsolutne temperature i entropije za reverzibilne i ireverzibilne procese d Q = d Q * + Q * * T d S (\displaystyle \delta Q=\delta Q^(*)+Q^(**)TdS)

• Postulat drugog zakona termodinamike (princip pove?anja entropije).

Postulat drugog zakona termodinamike predla?e se u obliku tvrdnje koja odre?uje smjer jedne od karakteristi?nih pojava u na?em svijetu pozitivnih apsolutnih temperatura:

Rad se mo?e direktno i potpuno pretvoriti i zagrijati trenjem ili elektri?nim grijanjem.

Zaklju?ak I. Toplota se ne mo?e u potpunosti pretvoriti u rad.(princip isklju?enog roda Perpetuum mobile II):

i < 1 {\displaystyle \eta <1}

Zaklju?ak II. Efikasnost ili kapacitet hla?enja bilo kojeg ireverzibilnog toplotnog motora (motora ili fri?idera) pri datim temperaturama vanjskih izvora uvijek je manji od efikasnosti ili kapaciteta hla?enja reverzibilnih ma?ina koje rade izme?u istih izvora.

Smanjenje efikasnosti i kapaciteta hla?enja pravih toplotnih motora povezano je s naru?avanjem ravnote?nog toka procesa (neravnote?ni prijenos topline zbog temperaturne razlike izme?u izvora topline i radnog fluida) i ireverzibilnog pretvaranja rada u toplinu. (gubici od trenja i unutra?nji otpori).

Iz ove posljedice i posljedice I drugog zakona termostatike direktno proizlazi nemogu?nost realizacije Perpetuum mobilea I i II vrste. Na osnovu postulata drugog zakona termodinamike, matemati?ki izraz drugog zakona klasi?ne termodinamike mo?e se obrazlo?iti kao jedinstveni princip postojanja i pove?anja entropije:

D S >= d Q * T (\displaystyle dS\geq (\frac (\delta Q^(*))(T)))

Postoji nekoliko formulacija drugog zakona termodinamike, ?iji su autori njema?ki fizi?ar, mehani?ar i matemati?ar Rudolf Clausius i britanski fizi?ar i mehani?ar William Thomson, Lord Kelvin. Spolja se razlikuju, ali su?tina im je ista.

Clausiusov postulat

Rudolf Julius Emmanuel Clausius

Drugi zakon termodinamike, kao i prvi, tako?er je izveden empirijski. Njema?ki fizi?ar, mehani?ar i matemati?ar Rudolf Clausius smatra se autorom prve formulacije drugog zakona termodinamike.

« Toplota ne mo?e sama pre?i sa hladnog na toplo telo. ". Ova izjava, koju je Clasius nazvao " termalni aksiom“, formuliran je 1850. godine u djelu “O pokreta?koj sili topline i o zakonima koji se iz toga mogu dobiti za teoriju topline”.“Naravno, toplota se prenosi samo sa tijela sa vi?om temperaturom na tijelo sa ni?om temperaturom. U suprotnom smjeru spontani prijenos topline je nemogu?. To je smisao Clausiusov postulat , koji odre?uje su?tinu drugog zakona termodinamike.

Reverzibilni i ireverzibilni procesi

Prvi zakon termodinamike pokazuje kvantitativni odnos izme?u toplote koju primi sistem, promene njegove unutra?nje energije i rada sistema na spolja?njim tijelima. Ali on ne uzima u obzir smjer prijenosa topline. I mo?e se pretpostaviti da se toplota mo?e preneti i sa toplog tela na hladno, i obrnuto. U me?uvremenu, u stvarnosti to nije slu?aj. Ako su dva tijela u kontaktu, tada se toplota uvijek prenosi sa toplijeg tijela na hladnije. I ovaj proces se de?ava sam od sebe. U ovom slu?aju ne dolazi do promjena u vanjskim tijelima koja okru?uju tijela koja dodiruju. Takav proces koji se odvija bez obavljanja posla izvana (bez intervencije vanjskih sila) naziva se spontano . On mo?e biti reverzibilan i nepovratan.

Spontano se hlade?i, vru?e tijelo prenosi svoju toplinu na okolna hladnija tijela. A hladno tijelo nikada ne?e postati vru?e samo po sebi. Termodinami?ki sistem u ovom slu?aju ne mo?e se vratiti u prvobitno stanje. Takav proces se zove nepovratan . Nepovratni procesi se odvijaju samo u jednom pravcu. Gotovo svi spontani procesi u prirodi su nepovratni, kao ?to je i vrijeme nepovratno.

reverzibilan naziva se termodinami?ki proces u kojem sistem prelazi iz jednog stanja u drugo, ali se mo?e vratiti u prvobitno stanje, prolaze?i obrnutim redoslijedom kroz srednja ravnote?na stanja. U ovom slu?aju, svi sistemski parametri se vra?aju u prvobitno stanje. Reverzibilni procesi daju najvi?e posla. Me?utim, u stvarnosti se ne mogu ostvariti, mo?e im se samo pri?i, jer se odvijaju beskona?no sporo. U praksi se takav proces sastoji od kontinuiranih uzastopnih ravnote?nih stanja i naziva se kvazistati?ki. Svi kvazistati?ki procesi su reverzibilni.

Thomson (Kelvin) postulat

William Thomson, Lord Kelvin

Najva?niji zadatak termodinamike je ostvarivanje najve?e koli?ine rada uz pomo? topline. Rad se lako pretvara u toplinu u potpunosti bez ikakve kompenzacije, na primjer, uz pomo? trenja. Ali obrnuti proces pretvaranja topline u rad nije potpun i nemogu? je bez dobivanja dodatne energije izvana.

Mora se re?i da je mogu? prenos toplote sa hladnijeg tela na toplije. Takav proces se doga?a, na primjer, u na?em ku?nom hladnjaku. Ali to ne mo?e biti spontano. Da bi on mogao te?i, potrebno je imati kompresor koji ?e destilirati takav zrak. Odnosno, za obrnuti proces (hla?enje) potrebno je snabdijevanje energijom izvana. " Nemogu?e je prenijeti toplinu s tijela s ni?om temperaturom bez kompenzacije ».

Godine 1851, britanski fizi?ar i mehani?ar William Thomson, Lord Kelvin, dao je druga?iju formulaciju drugog zakona. Thomsonov (Kelvinov) postulat glasi: “Ne postoji kru?ni proces ?iji bi jedini rezultat bio proizvodnja rada hla?enjem rezervoara toplote” . Odnosno, nemogu?e je stvoriti cikli?ki radni motor, zbog ?ega bi se izvr?io pozitivan rad zbog njegove interakcije sa samo jednim izvorom topline. Uostalom, da je mogu?e, toplinski motor bi mogao raditi, koriste?i, na primjer, energiju oceana i potpuno je pretvaraju?i u mehani?ki rad. Kao rezultat toga, okean bi se ohladio zbog smanjenja energije. Ali ?im bi njegova temperatura bila ispod temperature okoline, morao bi se dogoditi proces spontanog prijenosa topline sa hladnijeg tijela na toplije. Ali takav proces je nemogu?. Stoga su za rad toplotnog motora potrebna najmanje dva izvora topline s razli?itim temperaturama.

Perpetuum mobile druge vrste

U toplotnim ma?inama toplota se pretvara u koristan rad samo kada se prelazi iz toplog tela u hladno. Da bi takav motor funkcionirao, u njemu se stvara temperaturna razlika izme?u hladnjaka (grija?a) i hladnjaka (hladnja?a). Grija? prenosi toplinu na radni fluid (na primjer, plin). Radno tijelo se ?iri i radi. Me?utim, ne pretvara se sva toplota u rad. Dio se prenosi u fri?ider, a dio, na primjer, jednostavno odlazi u atmosferu. Zatim, da bi se parametri radnog fluida vratili na prvobitne vrednosti i ponovo pokrenuo ciklus, radni fluid treba da se zagreje, odnosno da se toplota mora uzeti iz fri?idera i preneti na greja?. To zna?i da se toplota mora preneti sa hladnog tela na toplije. A kada bi se ovaj proces mogao izvesti bez snabdijevanja energijom izvana, dobili bismo vje?ni motor druge vrste. Ali kako je, prema drugom zakonu termodinamike, to nemogu?e u?initi, nemogu?e je stvoriti i vje?ni motor druge vrste, koji bi u potpunosti pretvarao toplinu u rad.

Ekvivalentne formulacije drugog zakona termodinamike:

1. Proces je nemogu?, ?iji je jedini rezultat pretvaranje u rad cjelokupne koli?ine topline koju sistem primi.
2. Nemogu?e je stvoriti vje?ni motor druge vrste.

Carnotov princip

Nicolas Leonard Sadie Carnot

Ali ako je nemogu?e stvoriti vje?ni motor, onda je mogu?e organizirati radni ciklus toplinskog motora na takav na?in da je efikasnost (faktor efikasnosti) maksimalna.

Godine 1824, mnogo prije nego ?to su Clausius i Thomson formulirali svoje postulate koji su definirali drugi zakon termodinamike, francuski fizi?ar i matemati?ar Nicolas L?onard Sadi Carnot objavio je svoj rad "Razmi?ljanja o pokreta?koj sili vatre i o ma?inama koje su sposobne da razviju ovu silu." U termodinamici se smatra fundamentalnim. Nau?nik je napravio analizu parnih ma?ina koje su postojale u to vreme, ?ija je efikasnost bila samo 2%, i opisao rad idealne toplotne ma?ine.

U vodenom motoru voda radi tako ?to pada s visine. Po analogiji, Karno je sugerisao da toplota tako?e mo?e da radi, prelaze?i sa toplog tela na hladnije. To zna?i da bi se toplotni motor je radio, trebao bi imati 2 izvora topline sa razli?itim temperaturama. Ova izjava se zove Carnotov princip . I nazvan je ciklus rada toplotnog motora koji je stvorio nau?nik Carnot ciklus .

Carnot je smislio idealan toplotni motor koji bi mogao raditi najbolji mogu?i posao zbog topline koja mu je dostavljena.

Toplotni stroj koji je opisao Carnot sastoji se od grija?a koji ima temperaturu T N , radni fluid i fri?ider sa temperaturom T X .

Carnotov ciklus je kru?ni reverzibilni proces i uklju?uje 4 stupnja - 2 izotermna i 2 adijabatska.

Prva faza A->B je izotermna. To se odvija na istoj temperaturi grija?a i radnog fluida T N . Tokom kontakta, koli?ina toplote Q H se prenosi sa grija?a na radni fluid (gas u cilindru). Plin se izotermno ?iri i vr?i mehani?ki rad.

Da bi proces bio cikli?an (kontinuiran), plin se mora vratiti na svoje izvorne parametre.

U drugoj fazi ciklusa B->C, radni fluid i grija? su odvojeni. Plin se nastavlja adijabatski ?iriti bez razmjene topline s okolinom. Istovremeno, njegova temperatura se smanjuje na temperaturu hladnjaka. T X i nastavlja da radi.

U tre?oj fazi C->D, radni fluid, koji ima temperaturu T X , je u kontaktu sa fri?iderom. Pod djelovanjem vanjske sile se izotermno sabija i odaje toplinu u odre?enoj koli?ini Q X fri?ider. Radi se na tome.

U ?etvrtoj fazi G -> A, radni fluid ?e se odvojiti od fri?idera. Pod djelovanjem vanjske sile dolazi do adijabatskog komprimiranja. Radi se na tome. Njegova temperatura postaje jednaka temperaturi grija?a T N .

Radno tijelo se vra?a u prvobitno stanje. Kru?ni proces se zavr?ava. Po?inje novi ciklus.

Efikasnost karoserije koja radi prema Carnot ciklusu je:

Efikasnost takve ma?ine ne zavisi od njenog dizajna. Zavisi samo od temperaturne razlike izme?u grija?a i hladnjaka. A ako je temperatura fri?idera apsolutna nula, tada ?e efikasnost biti 100%. Do sada niko nije uspeo da smisli ne?to bolje.

Na?alost, u praksi je nemogu?e napraviti takvu ma?inu. Pravi reverzibilni termodinami?ki procesi mogu se pribli?iti samo idealnim sa razli?itim stepenom ta?nosti. Osim toga, u stvarnom toplotnom motoru uvijek ?e biti gubitaka topline. Zbog toga ?e njegova efikasnost biti ni?a od efikasnosti idealnog toplotnog motora koji radi po Carnot ciklusu.

Na osnovu Carnotovog ciklusa izgra?eni su razli?iti tehni?ki ure?aji.

Ako se Carnotov ciklus izvodi u obrnutom smjeru, tada ?e se dobiti rashladna ma?ina. Na kraju krajeva, radni fluid ?e prvo uzeti toplinu iz hladnjaka, zatim ?e rad utro?en na stvaranje ciklusa pretvoriti u toplinu, a zatim tu toplinu dati grija?u. Ovako funkcioni?u fri?ideri.

Obrnuti Carnotov ciklus je tako?er u srcu toplotnih pumpi. Takve pumpe prenose energiju od izvora sa niskom temperaturom do potro?a?a sa vi?om temperaturom. Ali, za razliku od fri?idera, u kojem se ekstrahovana toplota osloba?a u okolinu, u toplotnoj pumpi se prenosi do potro?a?a.

§6 Entropija

Obi?no svaki proces u kojem sistem prelazi iz jednog stanja u drugo te?e na takav na?in da je nemogu?e izvr?iti ovaj proces u suprotnom smjeru tako da sistem prolazi kroz ista me?ustanja bez ikakvih promjena u okolnim tijelima. To je zbog ?injenice da se dio energije raspr?uje u procesu, na primjer, zbog trenja, zra?enja i tako dalje. Gotovo svi procesi u prirodi su nepovratni. U svakom procesu se gubi ne?to energije. Za karakterizaciju disipacije energije uvodi se koncept entropije. ( Vrijednost entropije karakterizira termi?ko stanje sistema i odre?uje verovatno?u implementacije ovog stanja tela. ?to je verovatnije dato stanje, to je ve?a entropija.) Svi prirodni procesi su pra?eni pove?anjem entropije. Entropija ostaje konstantna samo u slu?aju idealizovanog reverzibilnog procesa koji se odvija u zatvorenom sistemu, odnosno u sistemu u kojem nema razmene energije sa tijelima izvan ovog sistema.

Entropija i njeno termodinami?ko zna?enje:

Entropija- to je takva funkcija stanja sistema ?ija je beskona?no mala promjena u reverzibilnom procesu jednaka odnosu beskona?no male koli?ine topline unesene u ovaj proces i temperature na kojoj je uvedena.

U kona?nom reverzibilnom procesu, promjena entropije se mo?e izra?unati pomo?u formule:

gdje se integral preuzima iz po?etnog stanja 1 sistema u kona?no stanje 2.

Po?to je entropija funkcija stanja, onda je svojstvo integralaje njegova nezavisnost od oblika konture (putanja) du? koje se ra?una, dakle, integral je odre?en samo po?etnim i kona?nim stanjem sistema.

• U bilo kojem reverzibilnom procesu promjene entropije je 0

(1)

• Termodinamika to dokazujeSsistem koji stvara nepovratni ciklus se pove?ava

D S> 0 (2)

Izrazi (1) i (2) va?e samo za zatvorene sisteme, ali ako sistem razmenjuje toplotu sa spolja?njim okru?enjem, onda njegovSmo?e se pona?ati na bilo koji na?in.

Relacije (1) i (2) se mogu predstaviti kao Clausiusova nejednakost

?S >= 0

one. entropija zatvorenog sistema mo?e se ili pove?ati (u slu?aju ireverzibilnih procesa) ili ostati konstantna (u slu?aju reverzibilnih procesa).

Ako sistem napravi ravnote?ni prijelaz iz stanja 1 u stanje 2, onda se entropija mijenja

gdje dU i dAnapisan za odre?eni proces. Prema ovoj formuli, DSodre?uje se do aditivne konstante. Nije sama entropija ono ?to ima fizi?ko zna?enje, ve? razlika entropija. Na?imo promjenu entropije u procesima idealnog plina.

one. promene entropijeS D S 1->2 idealnog gasa tokom njegovog prelaska iz stanja 1 u stanje 2 ne zavisi od tipa procesa.

Jer za adijabatski proces dQ = 0, tada ? S= 0 => S= konst , odnosno, adijabatski reverzibilni proces se odvija pri konstantnoj entropiji. Stoga se naziva izentropskim.

U izotermnom procesu (T= const ; T 1 = T 2 : )

U izohori?nom procesu (V= const ; V 1 = V 2 ; )

Entropija ima svojstvo aditivnosti: entropija sistema jednaka je zbiru entropija tijela uklju?enih u sistem.S = S 1 + S 2 + S 3 + ... Kvalitativna razlika izme?u toplotnog kretanja molekula i drugih oblika kretanja je u njegovoj nasumi?nosti, neure?enosti. Stoga je za karakterizaciju termi?kog kretanja potrebno uvesti kvantitativnu mjeru stepena molekularnog poreme?aja. Ako uzmemo u obzir bilo koje dato makroskopsko stanje tijela s odre?enim prosje?nim vrijednostima parametara, onda je to ne?to drugo od kontinuirane promjene bliskih mikrostanja koja se me?usobno razlikuju po distribuciji molekula u razli?itim dijelovima volumena i u energija raspore?ena izme?u molekula. Broj ovih mikrostanja koja se kontinuirano menjaju karakteri?e stepen poreme?enosti makroskopskog stanja ?itavog sistema,wnaziva se termodinami?ka vjerovatno?a datog mikrostanja. Termodinami?ka vjerovatno?awstanja sistema je broj na?ina na koje se dato stanje makroskopskog sistema mo?e realizovati, ili broj mikrostanja koja implementiraju dato mikrostanje (w>= 1, i matemati?ka vjerovatno?a <= 1 ).

Dogovorili smo se da uzmemo logaritam njegove vjerovatno?e, uzet sa predznakom minus, kao meru neo?ekivanosti doga?aja: neo?ekivanost stanja je jednaka =-

Prema Boltzmannu, entropijaSsistemi i termodinami?ka vjerovatno?a su povezani na sljede?i na?in:

gdje - Boltzmannova konstanta (). Dakle, entropija je odre?ena logaritmom broja stanja sa kojima se dato mikrostanje mo?e realizovati. Entropija se mo?e smatrati mjerom vjerovatno?e stanja t/d sistema. Boltzmannova formula nam omogu?ava da entropiji damo sljede?u statisti?ku interpretaciju. Entropija je mjera poreme?aja sistema. Zaista, ?to je ve?i broj mikrostanja koji ostvaruju dato mikrostanje, to je ve?a entropija. U ravnote?nom stanju sistema – najvjerovatnijem stanju sistema – broj mikrostanja je maksimalan, dok je i entropija maksimalna.

Jer stvarni procesi su nepovratni, onda se mo?e tvrditi da svi procesi u zatvorenom sistemu dovode do pove?anja njegove entropije - princip pove?anja entropije. U statisti?kom tuma?enju entropije to zna?i da procesi u zatvorenom sistemu idu u pravcu pove?anja broja mikrostanja, drugim re?ima, od manje verovatnih stanja do verovatnijih, sve dok verovatno?a stanja ne postane maksimalna.

§7 Drugi zakon termodinamike

Prvi zakon termodinamike, koji izra?ava zakon odr?anja energije i transformacije energije, ne dozvoljava da se utvrdi pravac toka t/d procesa. Osim toga, mogu?e je zamisliti skup procesa koji nisu u suprotnostiIpo?etak m/d, u kojem se energija skladi?ti, ali se u prirodi ne ostvaruje. Mogu?e formulacije drugog po?etka t/d:

1) zakon pove?anja entropije zatvorenog sistema tokom ireverzibilnih procesa: svaki ireverzibilni proces u zatvorenom sistemu odvija se na na?in da se entropija sistema pove?ava DS>= 0 (nepovratan proces) 2) DS>= 0 (S= 0 za reverzibilno i DS>= 0 za nepovratan proces)

U procesima koji se odvijaju u zatvorenom sistemu, entropija se ne smanjuje.

2) Iz Boltzmannove formule S = , stoga pove?anje entropije zna?i prelazak sistema iz manje vjerovatnog stanja u vjerovatnije.

3) Prema Kelvinu: kru?ni proces nije mogu?, ?iji je jedini rezultat pretvaranje topline primljene od grija?a u njemu ekvivalentan rad.

4) Po Klauzijusu: nije mogu? kru?ni proces ?iji je jedini rezultat preno?enje toplote sa manje zagrejanog tela na vi?e zagrejano.

Za opisivanje t/d sistema pri 0 K, koristi se Nernst-Planckova teorema (tre?i zakon t/d): entropija svih tijela u ravnote?i te?i nuli kako se temperatura pribli?ava 0 K

Iz teoreme Nernst-Planck to slijediC p= C v = 0 na 0 To

§8 Termalne i rashladne ma?ine.

Carnotov ciklus i njegova efikasnost

Iz formulacije drugog zakona t/d prema Kelvinu slijedi da je vje?ni motor druge vrste nemogu?. (Ma?ina s perpetual motorom je motor koji periodi?no radi i radi hla?enjem jednog izvora topline.)

Termostat- ovo je t/d sistem koji mo?e razmjenjivati toplinu s tijelima bez promjene temperature.

Princip rada toplotnog motora: od termostata s temperaturom T 1 - grija?, koli?ina topline se oduzima po ciklusuQ 1 , i termostat sa temperaturom T 2 (T 2 < T 1) - fri?ider, koli?ina toplote koja se prenosi po ciklusuQ 2 , dok obavljate posao ALI = Q 1 - Q 2

Kru?ni proces ili ciklus je proces u kojem se sistem, nakon prolaska kroz niz stanja, vra?a u prvobitno stanje. Na dijagramu stanja ciklus je predstavljen zatvorenom krivom. Ciklus koji izvodi idealni plin mo?e se podijeliti na procese ekspanzije (1-2) i kompresije (2-1), rad ekspanzije je pozitivan ALI 1-2 > 0, jerV 2 > V 1 , rad kompresije je negativan ALI 1-2 < 0, т.к. V 2 < V 1 . Dakle, rad koji gas obavi po ciklusu je odre?en povr?inom pokrivenom zatvorenom krivom 1-2-1. Ako se pozitivan rad obavlja u ciklusu (ciklus je u smjeru kazaljke na satu), onda se ciklus naziva direktnim, ako je obrnuti ciklus (ciklus se odvija u smjeru suprotnom od kazaljke na satu).

direktni ciklus koristi se u toplotnim motorima - motorima koji rade povremeno i koji obavljaju rad zbog topline primljene izvana. Reverzni ciklus se koristi u rashladnim ma?inama - periodi?no operativnim instalacijama u kojima se, usled rada spoljnih sila, toplota prenosi na telo sa vi?om temperaturom.

Kao rezultat kru?nog procesa, sistem se vra?a u prvobitno stanje i stoga je ukupna promjena unutra?nje energije nula. OndaІ start t/d za kru?ni proces

Q= D U+ A= A,

To jest, rad obavljen po ciklusu jednak je koli?ini topline primljene izvana, ali

Q= Q 1 - Q 2

Q 1 - koli?ina toplotu koju sistem primi,

Q 2 - koli?ina toplotu koju odaje sistem.

Termi?ka efikasnost za kru?ni proces jednak je omjeru rada sistema i koli?ine topline dovedene sistemu:

Za i = 1, uslovQ 2 = 0, tj. toplotni stroj mora imati jedan izvor toplineQ 1 , ali to je u suprotnosti sa drugim zakonom t/d.

Proces obrnut od onoga ?to se de?ava u toplotnom stroju koristi se u rashladnoj ma?ini.

Od termostata sa temperaturom T 2 koli?ina toplote se oduzimaQ 2 i prenosi se na termostat sa temperaturomT 1 , koli?ina toploteQ 1 .

Q= Q 2 - Q 1 < 0, следовательно A< 0.

Bez obavljanja posla, nemogu?e je uzeti toplotu od manje zagrejanog tela i dati je toplijem.

Na osnovu drugog zakona t/d, Carnot je izveo teoremu.

Carnotova teorema: svih toplotnih motora koji rade povremeno sa istim temperaturama grija?a ( T 1) i fri?ideri ( T 2), najve?a efikasnost. imaju reverzibilne ma?ine. K.P.D. reverzibilne ma?ine za jednake T 1 i T 2 su jednake i ne zavise od prirode radnog fluida.

Radno tijelo je tijelo koje vr?i kru?ni proces i razmjenjuje energiju sa drugim tijelima.

Carnotov ciklus je najekonomi?niji reverzibilni ciklus, koji se sastoji od 2 izoterme i 2 adijabate.

1-2-izotermna ekspanzija pri T 1 grija?; toplota se dovodi do gasaQ 1 i posao je obavljen

2-3 - adijabat. ekspanzija, gas radiA 2-3 >0 preko vanjskih tijela.

3-4 izotermna kompresija pri T 2 fri?idera; toplota se oduzimaQ 2 i posao je obavljen;

4-1-adijabatska kompresija, rad se obavlja na gasu A 4-1 <0 внешними телами.

U izotermnom procesuU= const , dakle Q 1 = A 12

1

Sa adijabatskom ekspanzijomQ 2-3 = 0, i rad na plin A 23 ura?eno unutra?njom energijom A 23 = - U

Koli?ina toploteQ 2 , koji plin daje hladnjaku za vrijeme izotermne kompresije jednak je radu kompresije ALI 3-4

2

Rad adijabatske kompresije

Rad se obavlja kru?nim procesom

A = A 12 + A 23 + A 34 + A 41 = Q 1 + A 23 - Q 2 - A 23 = Q 1 - Q 2

i jednaka je povr?ini krivulje 1-2-3-4-1.

Termi?ka efikasnost Carnot ciklus

Iz adijabatske jedna?ine za procese 2-3 i 3-4 dobijamo

Onda

one. efikasnost Carnotov ciklus je odre?en samo temperaturama grija?a i hladnjaka. Za pove?anje efikasnosti treba pove?ati razliku T 1 - T 2 .

******************************************************* ******************************************************

Na ilustraciji lijevo: protest kr??anskih konzervativaca protiv drugog zakona termodinamike. Natpisi na posterima: precrtana rije? "entropija"; "Ne prihvatam osnovne principe nauke i glasanja."

DRUGO POREKLO TERMODINAMIKA I PITANJA KREACIJE

Po?etkom 2000-ih, grupa konzervativnih kr??ana okupila se na stepenicama Kapitola (Kansas, SAD) kako bi zahtijevala ukidanje temeljnog nau?nog principa - drugog zakona termodinamike (vidi sliku lijevo). Razlog za to je bilo njihovo uvjerenje da je ovaj fizi?ki zakon u suprotnosti s njihovim vjerovanjem u Stvoritelja, jer predvi?a toplotnu smrt Univerzuma. Piketari su rekli da ne ?ele da ?ive u svetu koji ide ka takvoj budu?nosti i da tome u?e svoju decu. Predvo?en kampanjom protiv drugog zakona termodinamike, niko drugi do senator iz dr?ave Kanzas, koji veruje da ovaj zakon "ugro?ava razumevanje svemira na?e dece kao sveta koji je stvorio dobronamerni Bog koji voli".

Paradoksalno, u istoj toj SAD, drugi hri??anski pravac - kreacionisti, predvo?eni Duaneom Gi?om, predsednikom Instituta za istra?ivanje kreacije - naprotiv, ne samo da smatraju drugi zakon termodinamike nau?nim, ve? i revnosno apeluju na njega da doka?e da je svet stvorio Bog. Jedan od njihovih glavnih argumenata je da ?ivot ne bi mogao nastati spontano, jer je sve okolo sklono spontanom uni?tenju, a ne stvaranju.

S obzirom na tako upadljivu kontradikciju izme?u ova dva kr??anska trenda, name?e se prirodno pitanje - koji je od njih u pravu? I da li je neko u pravu?

U ovom ?lanku razmotri?emo gde je mogu?e, a gde nemogu?e primeniti drugi zakon termodinamike i kako je on povezan sa pitanjima vere u Stvoritelja.

Termodinamika je grana fizike koja prou?ava odnose i transformacije topline i drugih oblika energije. Zasnovan je na nekoliko osnovnih principa, koji se nazivaju principi (ponekad zakoni) termodinamike. Me?u njima je mo?da najpoznatiji drugi princip.

Drugi zakon termodinamike, pored gore navedenih, ima i druge formulacije. Oko jednog od njih se vrti sva kontroverza stvaranja koju smo spomenuli. Ova formulacija se odnosi na koncept entropije, sa kojim ?emo se morati upoznati.

Entropija(prema jednoj od definicija) je pokazatelj nereda, odnosno slu?ajnosti, sistema. Jednostavno re?eno, ?to vi?e haosa vlada u sistemu, to je ve?a njegova entropija. Za termodinami?ke sisteme, entropija je ve?a, ?to je haoti?nije kretanje materijalnih ?estica koje ?ine sistem (na primer, molekula).

S vremenom su nau?nici shvatili da je entropija ?iri pojam i da se mo?e primijeniti ne samo na termodinami?ke sisteme. Op?enito, svaki sistem ima odre?enu koli?inu haosa, koja se mo?e promijeniti - pove?ati ili smanjiti. U ovom slu?aju, prikladno je govoriti o entropiji. Evo nekoliko primjera:

· ?a?u vode. Ako se voda zaledi i pretvori u led, tada su njeni molekuli povezani u kristalnu re?etku. Ovo odgovara ve?em redu (manje entropije) od stanja kada se voda otopi i molekuli se kre?u nasumi?no. Me?utim, nakon ?to se otopi, voda i dalje zadr?ava odre?eni oblik - staklo u kojem se nalazi. Ako se voda ispari, molekuli se kre?u jo? intenzivnije i zauzimaju cijeli volumen koji im se daje, kre?u?i se jo? haoti?nije. Tako se entropija jo? vi?e pove?ava.

· Solarni sistem. I u njemu se mo?e uo?iti i red i nered. Planete se kre?u u svojim orbitama s takvom precizno??u da astronomi mogu predvidjeti njihov polo?aj u bilo kojem trenutku milenijumima unaprijed. Me?utim, postoji nekoliko asteroidnih pojaseva u Sun?evom sistemu koji se kre?u haoti?nije - sudaraju se, pucaju, ponekad padaju na druge planete. Prema pretpostavkama kosmologa, u po?etku je cijeli Sun?ev sistem (osim samog Sunca) bio ispunjen takvim asteroidima, od kojih su kasnije nastale ?vrste planete, a ti asteroidi su se kretali jo? haoti?nije nego sada. Ako je to ta?no, onda je entropija Sun?evog sistema (osim samog Sunca) prvobitno bila ve?a.

· Galaxy. Galaksija se sastoji od zvijezda koje se kre?u oko njenog centra. Ali i ovdje postoji odre?ena doza nereda: zvijezde se ponekad sudaraju, mijenjaju smjer kretanja, a zbog me?usobnog utjecaja njihovih orbita, njihove orbite nisu idealne, mijenjaju se na pomalo haoti?an na?in. Dakle, u ovom sistemu entropija nije jednaka nuli.

· Dje?ija soba. Za one koji imaju malu djecu, pove?anje entropije se ?esto opa?a vlastitim o?ima. Nakon ?to su obavili ?i??enje, u stanu zavlada relativni red. Me?utim, nekoliko sati (a ponekad i manje) da jedno ili dvoje djece tamo borave u budnom stanju je dovoljno da se entropija ovog stana zna?ajno pove?a...

Ako vas je posljednji primjer izmamio osmijehom, onda ste najvjerovatnije shvatili ?ta je entropija.

Vra?aju?i se na drugi zakon termodinamike, podsje?amo da, kao ?to smo rekli, ima jo? jednu formulaciju koja je povezana s konceptom entropije. Zvu?i ovako: entropija se ne mo?e smanjiti u izolovanom sistemu. Drugim rije?ima, u bilo kojem sistemu koji je potpuno odsje?en od okolnog svijeta, poreme?aj se ne mo?e spontano smanjiti: mo?e se samo pove?ati ili, u ekstremnim slu?ajevima, ostati na istom nivou.

Ako stavite kocku leda u toplu zaklju?anu prostoriju, ona ?e se nakon nekog vremena otopiti. Me?utim, nastali bazen vode u ovoj prostoriji nikada se ne?e sam od sebe razbiti u kocku leda. Otvorite tu bo?icu parfema i miris ?e se pro?iriti po prostoriji. Ali ni?ta ga ne?e natjerati da se vrati u bo?icu. Tamo zapalite svije?u i ona ?e izgorjeti, ali ni?ta ne?e u?initi da se dim ponovo pretvori u svije?u. Svi ovi procesi su usmjereni i nepovratni. Razlog za takvu ireverzibilnost procesa koji se de?avaju ne samo u ovoj prostoriji, ve? u ?itavom Univerzumu, le?i upravo u drugom zakonu termodinamike.

Me?utim, ovaj zakon, uz svu svoju prividnu jednostavnost, jedan je od najte?ih i ?esto pogre?no shva?enih zakona klasi?ne fizike. ?injenica je da u njegovoj formulaciji postoji jedna rije? kojoj se ponekad ne pridaje dovoljno pa?nje - rije? "izolovan". Prema drugom zakonu termodinamike, entropija (haos) se ne mo?e smanjiti samo u izolovanim sistemima. Ovo je zakon. Me?utim, u drugim sistemima to vi?e nije zakon, a entropija u njima mo?e se ili pove?ati ili smanjiti.

?ta je izolovani sistem? Pogledajmo koje vrste sistema sa stajali?ta termodinamike op?enito postoje:

· Otvori. To su sistemi koji razmjenjuju materiju (a mo?da i energiju) sa vanjskim svijetom. Primjer: automobil (tro?i benzin, zrak, proizvodi toplinu).

· Zatvoreno. To su sistemi koji ne razmjenjuju materiju sa okolnim svijetom, ali sa njim mogu razmjenjivati energiju. Primjer: svemirska letjelica (zape?a?ena, ali apsorbuje solarnu energiju pomo?u solarnih panela).

· Izolirano (zatvoreno). To su sistemi koji ne razmjenjuju ni materiju ni energiju sa vanjskim svijetom. Primjer: termos (zape?a?ena i zadr?ava toplinu).

Kao ?to smo primetili, drugi zakon termodinamike je primenljiv samo na tre?i od navedenih tipova sistema.

Za ilustraciju, prisjetimo se sistema koji se sastoji od zaklju?ane tople prostorije i komadi?a leda koji se otopio dok je bio u njoj. U idealnom slu?aju, to je odgovaralo izolovanom sistemu, a njegova entropija se u ovom slu?aju pove?ala. Me?utim, sada zamislimo da je napolju veoma hladno, a mi smo otvorili prozor. Sistem je postao otvoren: hladan vazduh je po?eo da ulazi u prostoriju, temperatura u prostoriji je pala ispod nule, a na? komad leda, koji se prethodno pretvorio u lokvicu, ponovo se zaledio.

U stvarnom ?ivotu, ?ak ni zaklju?ana soba nije izolovan sistem, jer staklo, pa ?ak i cigle propu?taju toplotu. A toplota je, kao ?to smo gore napomenuli, tako?e oblik energije. Dakle, zaklju?ana prostorija zapravo nije izolovan, ve? zatvoreni sistem. ?ak i ako dobro zatvorimo sve prozore i vrata, toplina ?e i dalje postepeno napu?tati prostoriju, smrzavat ?e se i na?a lokva ?e se tako?er pretvoriti u led.

Drugi sli?an primjer je prostorija za zamrzavanje. Sve dok je zamrziva? isklju?en, njegova temperatura je ista kao i sobna temperatura. Ali ?im ga uklju?ite u mre?u, po?inje da se hladi, a entropija sistema po?inje da se smanjuje. To postaje mogu?e jer je takav sistem postao zatvoren, odnosno tro?i energiju iz okoline (u ovom slu?aju elektri?nu).

Va?no je napomenuti da je u prvom slu?aju (prostorija sa komadom leda) sistem odavao energiju okolini, au drugom slu?aju (prostorija sa zamrziva?em), naprotiv, primao je. Me?utim, entropija oba sistema se smanjila. To zna?i da da bi drugi zakon termodinamike prestao da deluje kao nepromenljiv zakon, u op?tem slu?aju nije bitan pravac prenosa energije, ve? sama ?injenica takvog prenosa izme?u sistema i sistema. okolnog sveta.

PRIMJERI OPADANJA ENTROPIJE U NE?IVOJ PRIRODI. Primere sistema o kojima je bilo re?i gore je stvorio ?ovek. Postoje li primjeri smanjenja entropije u ne?ivoj prirodi, bez sudjelovanja uma? Da, koliko ho?e?.

Ako ste pametni i provedete malo vremena, mo?ete zapamtiti i zapisati hiljade sli?nih primjera. Va?no je napomenuti da u mnogim od nabrojanih slu?ajeva smanjenje entropije nije izolovani slu?aj, ve? obrazac – tendencija ka njemu inherentna je samoj konstrukciji ovakvih sistema. Dakle, to se de?ava svaki put kada se jave pravi uslovi, i mo?e trajati veoma dugo – sve dok ti uslovi postoje. Svi ovi primjeri ne zahtijevaju slo?ene mehanizme koji smanjuju entropiju, niti intervenciju uma.

Naravno, ako sistem nije izoliran, onda uop?e nije potrebno da se entropija u njemu smanjuje. Naprotiv, ?e??e se spontano de?ava pove?anje entropije, odnosno pove?anje haosa. U svakom slu?aju, navikli smo da bilo koja stvar koja je ostavljena bez nadzora ili nege po pravilu propada i postaje neupotrebljiva, a ne pobolj?ava se. ?ak se mo?e re?i da je to odre?ena fundamentalna osobina materijalnog svijeta - ?elja za spontanom degradacijom, op?ta tendencija ka pove?anju entropije.

Me?utim, ovaj podnaslov je pokazao da ovaj op?i trend vrijedi samo u izolovanim sistemima. U drugim sistemima pove?anje entropije nije zakon – sve zavisi od svojstava odre?enog sistema i uslova u kojima se nalazi. Drugi zakon termodinamike se ne mo?e primijeniti na njih po definiciji. ?ak i ako u nekom od otvorenih ili zatvorenih sistema entropija raste, onda to nije ispunjenje drugog zakona termodinamike, ve? samo manifestacija op?te te?nje ka pove?anju entropije, karakteristi?ne za materijalni svet u celini, ali daleko od apsolutnog.

Kada entuzijasti?an posmatra? gleda u zvezdano nebo, kao i kada ga iskusni astronom posmatra kroz teleskop, obojica mogu da posmatraju ne samo njegovu lepotu, ve? i neverovatan red koji vlada u ovom makrokosmosu.

Mo?e li se ovaj poredak, me?utim, koristiti da se doka?e da je Bog stvorio svemir? Da li bi bilo ispravno koristiti ovu liniju razmi?ljanja: budu?i da Univerzum nije pao u haos u skladu sa drugim zakonom termodinamike, da li to dokazuje da njime upravlja Bog?

Mo?da ste navikli da mislite da jeste. Ali zapravo, suprotno popularnom mi?ljenju, ne. Ta?nije, u vezi s tim mogu?e je i potrebno koristiti ne?to druga?ije dokaze, ali ne i drugi zakon termodinamike.

Prvo dok se ne doka?e da je svemir izolovan sistem. Iako, naravno, suprotno nije dokazano, ipak je nemogu?e nedvosmisleno tvrditi da se na njega op?enito mo?e primijeniti drugi zakon termodinamike.

Ali, recimo, izolacija Univerzuma kao sistema ?e se dokazati u budu?nosti (to je sasvim mogu?e). ?ta onda?

Drugo, drugi zakon termodinamike ne govori ?ta ?e ta?no vladati u odre?enom sistemu - red ili haos. Drugi zakon govori u kom pravcu ?e se ovaj poredak ili nered promeniti – u izolovanom sistemu, haos ?e se pove?ati. I u kom pravcu se menja poredak u svemiru? Ako govorimo o Univerzumu kao cjelini, tada se u njemu pove?ava haos (kao i entropija). Ovdje je va?no ne brkati Univerzum sa pojedina?nim zvijezdama, galaksijama ili njihovim jatima. Pojedina?ne galaksije (poput na?eg Mlije?nog puta) mogu biti vrlo stabilne strukture i ?ini se da se uop?e ne degradiraju milionima godina. Ali oni nisu izolovani sistemi: oni neprestano zra?e energiju (kao ?to su svetlost i toplota) u okolni prostor. Zvijezde sagorevaju i neprestano emituju materiju (“solarni vjetar”) u me?uzvjezdani prostor. Zbog toga, Univerzum prolazi kroz kontinuirani proces transformacije strukturirane materije zvijezda i galaksija u haoti?no raspr?enu energiju i plin. A ?ta je ovo ako ne pove?anje entropije?

Ovi procesi degradacije se, naravno, odvijaju vrlo sporo, tako da izgleda da ih ne osje?amo. Ali kada bismo bili u mogu?nosti da ih posmatramo veoma ubrzanim tempom – recimo, trilion puta br?e, tada bi se pred na?im o?ima otvorila veoma dramati?na slika ra?anja i smrti zvezda. Vrijedi zapamtiti da je prva generacija zvijezda koja je postojala od po?etka svemira ve? umrla. Prema kosmolozima, na?a planeta se sastoji od ostataka postojanja i eksplozije nekada izgorele zvezde; kao rezultat takvih eksplozija nastaju svi te?ki hemijski elementi.

Dakle, ako posmatramo Univerzum kao izolovani sistem, onda je drugi zakon termodinamike u njemu kao celini ispunjen, kako u pro?losti tako i danas. Ovo je jedan od zakona koje je ustanovio Bog, i stoga djeluje u Univerzumu na isti na?in kao i drugi fizi?ki zakoni.

Uprkos gore navedenom, u Univerzumu ima mnogo iznena?uju?ih stvari povezanih sa poretkom koji u njemu vlada, samo ?to to nije zbog drugog zakona termodinamike, ve? zbog drugih razloga.

Tako se u ?asopisu "Newsweek" (broj od 11.09.98.) razmatralo do kakvih zaklju?aka nas dovode otkri?a u vezi sa stvaranjem Univerzuma. Re?eno je da ?injenice "svjedo?e o poreklu energije i kretanja ex nihilo, to jest iz ni?ega, kolosalnom eksplozijom svjetlosti i energije, ?to prije odgovara opisu [biblijske knjige] Postanka." Obratite pa?nju na to kako je ?asopis Newsweek objasnio sli?nost ro?enja svemira sa biblijskim opisom ovog doga?aja.

?asopis pi?e: „Oslobo?ene sile su bile – i jo? uvijek su – zadivljuju?e (?udesno?) uravnote?ene: da je Veliki prasak bio malo manje mo?an, ?irenje svemira bi bilo sporije i uskoro (za nekoliko miliona godina ili za nekoliko minuta - u svakom slu?aju, uskoro) bi preokrenulo proces i do?lo bi do kolapsa. Da je eksplozija malo ja?a, Univerzum bi se mogao pretvoriti u previ?e rijetku "te?nu supu" i stvaranje zvijezda bi bilo nemogu?e. ?anse za na?e postojanje bile su bukvalno astronomski male. Odnos materije i energije prema zapremini prostora u Velikom prasku trebalo je da ostane unutar jednog kvadriliona i jednog procenta idealnog odnosa.

Newsweek je sugerirao da postoji Neko ko je kontrolirao stvaranje Univerzuma, ko je znao: „ukloniti ?ak i jedan stepen (kao ?to je gore spomenuto, margina gre?ke je bila kvadrilionti dio jednog procenta), ... i rezultat ne bi bio samo disharmonija , ali vje?na entropija i led.

Astrofizi?ar Alan Lightman je priznao: "?injenica da je svemir stvoren na tako visoko organiziran na?in je misterija [za nau?nike]." Dodao je da ?e "svaka kosmolo?ka teorija koja tvrdi da je uspje?na na kraju morati objasniti ovu misteriju entropije": za?to svemir nije pao u haos. O?igledno, tako mala vjerovatno?a ispravnog razvoja doga?aja ne mo?e biti slu?ajnost. (Citirano u Probudite se!, izdanje od 22.6.99., str. 7.)

Kao ?to je gore navedeno, me?u kreacionistima su popularne teorije da drugi zakon termodinamike dokazuje nemogu?nost spontanog nastanka ?ivota iz ne?ive materije. Jo? krajem 1970-ih i po?etkom 1980-ih, Institut za istra?ivanje kreacije objavio je knjigu o ovoj temi i ?ak je poku?ao da se dopisuje sa Akademijom nauka SSSR-a o ovom pitanju (prepiska je bila neuspe?na).

Me?utim, kao ?to smo vidjeli gore, drugi zakon termodinamike funkcionira samo u izolovanim sistemima. Me?utim, Zemlja nije izolovan sistem, jer stalno prima energiju od Sunca i, obrnuto, daje je svemiru. A ?ivi organizam (?ak i, na primjer, ?iva ?elija), osim toga, razmjenjuje se s okolinom i materijom. Stoga se drugi zakon termodinamike ne primjenjuje na ovo pitanje po definiciji.

Gore je tako?er spomenuto da materijalni svijet ima odre?enu op?tu tendenciju ka pove?anju entropije, zbog ?ega se stvari ?e??e uni?tavaju i padaju u haos nego ?to se stvaraju. Me?utim, kao ?to smo primijetili, to nije zakon. ?tavi?e, ako se otrgnemo od nama poznatog makrokosmosa i uronimo u mikrokosmos - svijet atoma i molekula (naime, iz njega je, kako se pretpostavlja, po?eo ?ivot), tada ?emo vidjeti da je mnogo lak?e preokrenuti procese pove?anja entropije u njemu. Ponekad je dovoljan jedan slepi, nekontrolisani udar u njemu da entropija sistema po?ne da se smanjuje. Na?a planeta je svakako puna primjera takvih utjecaja: sun?evo zra?enje u atmosferi, vulkanska toplina na dnu okeana, vjetar na povr?ini zemlje itd. I kao rezultat njih, mnogi procesi ve? teku u suprotnom, “nepovoljnom” smjeru za njih, ili im suprotan smjer postaje “povoljan” (vidi primjere iznad u podnaslovu “Primjeri smanjenja entropije u ne?ivoj prirodi”). Stoga se ?ak ni na?a op?a tendencija pove?anja entropije ne mo?e primijeniti na nastanak ?ivota kao apsolutno pravilo: postoji previ?e izuzetaka od toga.

Naravno, gore navedeno ne zna?i da, budu?i da drugi zakon termodinamike ne zabranjuje spontano nastajanje ?ivota, onda je ?ivot mogao nastati sam od sebe. Postoje mnoge druge stvari koje takav proces ?ine nemogu?im ili krajnje malo vjerojatnim, ali one vi?e nisu povezane s termodinamikom i njenim drugim zakonom.

Na primer, nau?nici su u ve?ta?kim uslovima uspeli da dobiju nekoliko vrsta aminokiselina imitiraju?i o?ekivane uslove Zemljine primarne atmosfere. Aminokiseline su svojevrsni gradivni blokovi ?ivota: u ?ivim organizmima od njih se grade proteini (proteini). Me?utim, proteini neophodni za ?ivot sastoje se od stotina, a ponekad i hiljada aminokiselina, povezanih u strogom nizu i polo?enih na poseban na?in u posebnom obliku (vidi sliku desno). Ako pove?ete aminokiseline nasumi?nim redoslijedom, tada ?e vjerojatnost stvaranja samo jednog relativno jednostavnog funkcionalnog proteina biti zanemariva - toliko mala da se ovaj doga?aj nikada ne?e dogoditi. Priznati njihovu slu?ajnu pojavu je otprilike isto kao, prona?i nekoliko kamenova nalik cigli u planinama, tvrditi da je kamena ku?a koja stoji u blizini nastala nasumi?no od istog kamenja pod uticajem prirodnih procesa.

S druge strane, za postojanje ?ivota sami proteini tako?er nisu dovoljni: nisu potrebni ni?ta manje slo?eni molekuli DNK i RNK, ?ija je nasumi?na pojava tako?er nevjerovatna. DNK je u su?tini ogromno skladi?te strukturiranih informacija koje su potrebne za stvaranje proteina. Opslu?uje ga ?itav kompleks proteina i RNK, koji kopira i ispravlja ove informacije i koristi ih "u svrhe proizvodnje". Sve je to jedinstven sistem, ?ije komponente odvojeno nemaju nikakvog smisla i od kojih se nijedna ne mo?e ukloniti iz njega. Treba samo po?eti dublje u?i u strukturu ovog sistema i principe njegovog funkcionisanja da bi se shvatilo da je Sjajni dizajner radio na njegovom stvaranju.

Da li je drugi zakon termodinamike kompatibilan sa vjerovanjem u Stvoritelja op?enito? Ne samo ?injenicom da postoji, ve? i ?injenicom da je stvorio Univerzum i ?ivot na Zemlji (Postanak 1:1–27; Otkrivenje 4:11); da je obe?ao da ?e zemlja postojati zauvek (Psalam 104:5), ?to zna?i da ?e i Sunce i Univerzum biti vje?ni u ovom ili onom obliku; da ?e ljudi zauvijek ?ivjeti na nebu na zemlji i nikada ne?e umrijeti (Psalam 36:29; Matej 25:46; Otkrivenje 21:3, 4)?

Mo?emo sa sigurno??u re?i da je vjera u drugi zakon termodinamike u potpunosti kompatibilna s vjerom u Stvoritelja i njegova obe?anja. A razlog za to le?i u samoj formulaciji ovog zakona: "u izolovanom sistemu, entropija se ne mo?e smanjiti." Svaki izolovani sistem ostaje izolovan samo dok se niko ne me?a u njegov rad, uklju?uju?i i Stvoritelja. Ali ?im on interveni?e i po?alje na njega deo svoje neiscrpne sile, sistem ?e prestati da bude izolovan, a drugi zakon termodinamike ?e prestati da deluje u njemu. Isto se mo?e re?i i za op?tiju tendenciju ka pove?anju entropije, o kojoj smo gore govorili. Da, o?igledno je da gotovo sve ?to postoji oko nas - od atoma do Univerzuma - ima tendenciju destrukcije i degradacije tokom vremena. Ali Stvoritelj ima potrebnu snagu i mudrost da zaustavi bilo kakve procese degradacije, pa ?ak i da ih preokrene kada smatra da je to potrebno.

Koje procese ljudi obi?no predstavljaju kao onemogu?avanje vje?nog ?ivota?

· Za nekoliko milijardi godina sunce ?e se ugasiti. Ovo bi se dogodilo da se Stvoritelj nikada nije umije?ao u njegov rad. Me?utim, on je Stvoritelj svemira i ima kolosalnu energiju, dovoljnu da Sunce gori zauvijek. Na primjer, tro?enjem energije mo?e preokrenuti nuklearne reakcije koje se odvijaju na Suncu, kao da ga puni gorivom jo? nekoliko milijardi godina, a tako?er i nadoknaditi koli?ine materije koje Sunce gubi u obliku sun?evog vjetra.

· Prije ili kasnije, Zemlja ?e se sudariti s asteroidom ili crnom rupom. Koliko god bila mala vjerovatno?a za to, ona postoji, pa bi se, prema tome, tokom vje?nosti sigurno ostvarila. Me?utim, Bog mo?e, koriste?i svoju mo?, unaprijed za?tititi Zemlju od bilo kakve ?tete, jednostavno sprije?iv?i tako opasne objekte da se pribli?e na?oj planeti.

· Mjesec ?e odletjeti sa zemlje i zemlja ?e postati nenastanjiva. Mjesec stabilizira nagib Zemljine ose, zahvaljuju?i ?emu se klima na njemu odr?ava manje-vi?e konstantnom. Mjesec se postepeno udaljava od Zemlje, zbog ?ega bi se u budu?nosti nagib ose mogao promijeniti i klima postati nepodno?ljiva. Ali Bog, naravno, ima neophodnu mo? da sprije?i takve katastrofalne promjene i zadr?i Mjesec u svojoj orbiti gdje On smatra da treba.

Nema sumnje da su stvari u materijalnom svijetu sklone starenju, degradaciji i razaranju. Ali moramo zapamtiti da je sam Bog stvorio svijet na ovaj na?in. I tako je to bio dio njegovog plana. Svijet nije dizajniran da zauvijek postoji odvojen od Boga. Naprotiv, stvorena je da vje?no postoji pod Bo?jom kontrolom. A budu?i da je Bog imao i mudrost i mo? da stvori svijet, nemamo razloga sumnjati da on ima istu mo? i mudrost da se zauvijek brine o svom stvorenju, dr?e?i sve u njemu pod svojom kontrolom.

Sljede?i biblijski stihovi nas uvjeravaju da ?e Sunce, Mjesec, Zemlja i ljudi postojati zauvijek:
· « Oni ?e vas se bojati sve dok postoje sunce i mjesec - s koljena na koljeno» (Psalam 72:5)
· « [Zemlja] se ne?e tresti zauvijek, zauvijek» (Psalam 104:5)
· « Pravednici ?e naslijediti zemlju i ?ivjeti na njoj zauvijek» (Psalam 37:29)

Dakle, ni?ta nas ne sprje?ava da istovremeno vjerujemo u drugi zakon termodinamike i smatramo ga ispravnim nau?nim principom, a da u isto vrijeme budemo duboko religiozni ljudi i ?ekamo ispunjenje svih obe?anja Bo?jih zapisanih u Bibliji.

Dakle, ako ste vjernik, kojoj biste od vjerskih grupa spomenutih na po?etku ?lanka dodali svoj glas? U?esnicima gore opisane demonstracije kr??anskih konzervativaca koji tra?e ukidanje drugog zakona termodinamike? Ili kreacionistima koji koriste ovaj zakon kao dokaz stvaranja ?ivota od strane Boga? Ja nisam ni za koga.

Ve?ina vjernika sklona je braniti svoju vjeru na ovaj ili onaj na?in, a neki za to koriste podatke nauke, ?to u velikoj mjeri potvr?uje postojanje Stvoritelja. Me?utim, va?no je da zapamtimo jedan ozbiljan biblijski princip: „mi... ?elimo da budemo po?teni u svemu“ (Jevrejima 13:18). Stoga bi, naravno, bilo pogre?no koristiti bilo kakve neta?ne argumente za dokazivanje postojanja Boga.

Kao ?to smo vidjeli iz ovog ?lanka, drugi zakon termodinamike ne mo?e se koristiti kao dokaz postojanja Boga, kao ?to postojanje ili nepostojanje Boga ne dokazuje niti opovrgava drugi zakon termodinamike. Drugi zakon jednostavno nije direktno povezan s pitanjem postojanja Stvoritelja, kao ni sa velikom ve?inom drugih fizi?kih zakona (na primjer, zakon univerzalne gravitacije, zakon odr?anja koli?ine kretanja, Arhimedov zakon, ili svi drugi principi termodinamike).

Bo?ja stvorenja nam pru?aju veliki broj uvjerljivih dokaza, kao i posrednih dokaza o postojanju Stvoritelja. Stoga, ako se neka od izjava koje smo prethodno koristili kao dokazi ispostavi da je neta?na, nemojte se bojati da je odbijete kako biste koristili samo po?tene argumente za odbranu svoje vjere.