Som ni vet ?terspeglar termodynamikens f?rsta lag lagen om energibevarande i termodynamiska processer, men den ger ingen uppfattning om processernas riktning. Dessutom kan du komma p? m?nga termodynamiska processer som inte kommer att mots?ga den f?rsta lagen, men i verkligheten existerar inte s?dana processer. F?rekomsten av termodynamikens andra lag (b?rjan) orsakas av behovet av att fastst?lla m?jligheten f?r en viss process. Denna lag best?mmer fl?desriktningen f?r termodynamiska processer. N?r termodynamikens andra lag formuleras anv?nds begreppen entropi och Clausius-oj?mlikheten. I detta fall formuleras termodynamikens andra lag som tillv?xtlagen f?r entropin i ett slutet system om processen ?r irreversibel.

Uttalanden av termodynamikens andra lag

Om en process sker i ett slutet system, minskar inte entropin i detta system. I form av en formel skrivs termodynamikens andra lag som:

d?r S - entropi; L ?r den v?g l?ngs vilken systemet passerar fr?n ett tillst?nd till ett annat.

I denna formulering av termodynamikens andra lag b?r man uppm?rksamma det faktum att det aktuella systemet m?ste st?ngas. I ett ?ppet system kan entropin bete sig som du vill (och minska och ?ka och f?rbli konstant). Observera att entropin inte f?r?ndras i ett slutet system under reversibla processer.

Tillv?xten av entropi i ett slutet system under irreversibla processer ?r ?verg?ngen av ett termodynamiskt system fr?n tillst?nd med l?gre sannolikhet till tillst?nd med h?gre sannolikhet. Den v?lk?nda Boltzmann-formeln ger en statistisk tolkning av termodynamikens andra lag:

d?r k ?r Boltzmann-konstanten; w - termodynamisk sannolikhet (antalet s?tt p? vilka systemets ?verv?gda makrotillst?nd kan realiseras). S?ledes ?r termodynamikens andra lag en statistisk lag, som ?r f?rknippad med beskrivningen av m?nstren f?r termisk (kaotisk) r?relse hos molekyler som utg?r ett termodynamiskt system.

Andra formuleringar av termodynamikens andra lag

Det finns ett antal andra formuleringar av termodynamikens andra lag:

1) Kelvins formulering: Det ?r om?jligt att skapa en cirkul?r process, vars resultat uteslutande blir omvandlingen av v?rme, som tas emot fr?n v?rmaren, till arbete. Fr?n denna formulering av termodynamikens andra lag dras slutsatsen att det ?r om?jligt att skapa en evighetsmaskin av det andra slaget. Detta inneb?r att en periodiskt fungerande v?rmemotor m?ste ha en v?rmare, en arbetsv?tska och ett kylsk?p. I det h?r fallet kan verkningsgraden f?r en idealisk v?rmemotor inte vara st?rre ?n effektiviteten f?r Carnot-cykeln:

var ?r temperaturen p? v?rmaren; - kylens temperatur; ( title="(!LANG:Renderd av QuickLaTeX.com" height="15" width="65" style="vertical-align: -3px;">).!}

2) Clausius formulering: Det ?r om?jligt att skapa en cirkul?r process som ett resultat av vilken endast ?verf?ringen av v?rme fr?n en kropp med l?gre temperatur till en kropp med h?gre temperatur kommer att ske.

Termodynamikens andra lag markerar en betydande skillnad mellan de tv? formerna av energi?verf?ring (arbete och v?rme). Det f?ljer av denna lag att ?verg?ngen av kroppens ordnade r?relse, som helhet, till den kaotiska r?relsen av kroppens och milj?ns molekyler ?r en o?terkallelig process. I det h?r fallet kan en ordnad r?relse f?rvandlas till en kaotisk utan ytterligare (kompenserande) processer. ?verg?ngen fr?n oordnad r?relse till ordnad b?r ?tf?ljas av en kompensationsprocess.

Exempel p? probleml?sning

EXEMPEL 1

EXEMPEL 2

Termodynamikens andra lag(termodynamikens andra lag) fastst?ller f?rekomsten av entropi som en funktion av tillst?ndet i ett termodynamiskt system och introducerar begreppet absolut termodynamisk temperatur, det vill s?ga "den andra lagen ?r entropins lag" och dess egenskaper. I ett isolerat system f?rblir entropin antingen of?r?ndrad eller ?kar (i icke-j?mviktsprocesser), och n?r ett maximum n?r termodynamisk j?mvikt uppn?s ( lagen om ?kande entropi) . Olika formuleringar av termodynamikens andra lag som finns i litteraturen ?r s?rskilda uttryck f?r den allm?nna lagen om entropi?kning.

Termodynamikens andra lag g?r det m?jligt att konstruera en rationell temperaturskala som inte ?r beroende av godtycklighet i valet av en termometrisk egenskap och metoden f?r dess m?tning.

Tillsammans utg?r den f?rsta och andra principen grunden f?r fenomenologisk termodynamik, som kan betraktas som ett utvecklat system av konsekvenser av dessa tv? principer. Samtidigt, fr?n alla processer som till?ts av den f?rsta lagen i ett termodynamiskt system, till?ter den andra lagen oss att peka ut det faktiskt m?jliga och fastst?lla riktningen f?r fl?det av spontana processer, s?v?l som kriterierna f?r j?mvikt i termodynamisk system

Encyklopedisk YouTube

1 / 5

? Grunderna i v?rmeteknik. Termodynamikens andra lag. Entropi. Nernsts teorem.

? F?RSTA OCH ANDRA LAGAR F?R TERMODYNAMIK

? Fysik. Termodynamik: Termodynamikens f?rsta lag. Foxford Online Learning Center

? F?rel?sning 5. Termodynamikens II lag. Entropi. Kemisk j?mvikt

? Termodynamikens f?rsta lag. Inre energi

undertexter

Ber?ttelse

Termodynamikens andra lag uppstod som en fungerande teori om v?rmemotorer, som fastst?ller de f?rh?llanden under vilka omvandlingen av v?rme till arbete n?r sin maximala effekt. En analys av termodynamikens andra lag visar att det lilla v?rdet av denna effekt - prestandakoefficienten (COP) - inte orsakas av v?rmemotorernas tekniska ofullkomlighet, utan av v?rmens egenhet som en metod f?r energi?verf?ring, vilket s?tter begr?nsningar p? dess omfattning. F?r f?rsta g?ngen utf?rdes teoretiska studier av driften av v?rmemotorer av den franske ingenj?ren Sadi Carnot. Han kom till slutsatsen att v?rmemotorernas effektivitet inte beror p? den termodynamiska cykeln och arten av arbetsv?tskan, utan best?ms helt beroende p? externa k?llor - v?rmaren och kylsk?pet. Carnots arbete skrevs f?re uppt?ckten av principen om likv?rdighet mellan v?rme och arbete och det universella erk?nnandet av lagen om energibevarande. Carnot baserade sina slutsatser p? tv? motstridiga grunder: kaloriteorin, som snart f?rkastades, och den hydrauliska analogin. N?got senare inst?mde R. Clausius och W. Thomson-Kelvin Carnots teorem med lagen om energibevarande och lade grunden f?r det som nu ?r inneh?llet i termodynamikens andra lag.

F?r att underbygga Carnots teorem och ytterligare konstruera den andra lagen var det n?dv?ndigt att inf?ra ett nytt postulat.

De vanligaste formuleringarna av postulatet f?r termodynamikens andra lag

Clausius postulat (1850):

V?rme kan inte spontant ?verf?ras fr?n en kallare kropp till en varmare..

Thomson-Kelvins postulat (1852) som formulerats av M. Planck:

Det ?r om?jligt att bygga en periodiskt fungerande maskin, vars hela aktivitet reduceras till att lyfta vikt och kyla v?rmebeh?llaren.

En indikation p? hur ofta maskinen k?rs ?r v?sentlig, eftersom det ?r m?jligt icke-cirkul?r process, det enda resultatet av vilket skulle vara mottagandet av arbete p? grund av den interna energin som tas emot fr?n den termiska reservoaren. Denna process mots?ger inte Thomson-Kelvin-postulatet, eftersom processen ?r icke-cirkul?r och d?rf?r maskinen inte ?r i drift periodiskt. I huvudsak talar Thomsons postulat om om?jligheten att skapa en evighetsmaskin av det andra slaget, som ?r kapabel att kontinuerligt utf?ra arbete, ta v?rme fr?n en outt?mlig k?lla. Med andra ord ?r det om?jligt att implementera en v?rmemotor, vars enda resultat skulle vara omvandlingen av v?rme till arbete utan kompensation, det vill s?ga utan att en del av v?rmen ?verf?rs till andra kroppar och d?rmed o?terkalleligen f?rloras f?r arbete. .

Det ?r l?tt att bevisa att Clausius och Thomsons postulat ?r likv?rdiga. Beviset kommer fr?n motsatsen.

Antag att Clausius postulat inte ?r uppfyllt. T?nk p? en v?rmemotor vars arbets?mne fick en m?ngd v?rme fr?n en varm k?lla under cykeln Q 1 (\displaystyle Q_(1)), gav den kalla k?llan m?ngden v?rme och producerade arbete. Eftersom, genom antagande, postulatet av Clausius inte ?r sant, kan vi varmt Q 2 (\displaystyle Q_(2))?terv?nda till den varma k?llan utan f?r?ndringar i milj?n. Som ett resultat ?ndrades inte tillst?ndet f?r den kalla k?llan, den varma k?llan gav arbets?mnet m?ngden v?rme Q 2 - Q 1 (\displaystyle Q_(2)-Q_(1)) och p? grund av denna v?rme gjorde maskinen jobbet A = Q 1 - Q 2 (\displaystyle A=Q_(1)-Q_(2)), vilket strider mot Thomsons postulat.

Clausius och Thomson-Kelvins postulat ?r formulerade som ett f?rnekande av m?jligheten av n?got fenomen, d.v.s. som f?rbudet postulerar. F?rbudets postulat ?verensst?mmer inte alls med inneh?llet och moderna krav f?r att underbygga principen om existensen av entropi och uppfyller inte helt uppgiften att underbygga principen om ?kande entropi, eftersom de b?r inneh?lla en indikation p? en viss riktning. av irreversibla fenomen som observeras i naturen, och inte ett f?rnekande av m?jligheten till deras motsatta fl?de.

• Plancks postulat (1926):

Genereringen av v?rme genom friktion ?r irreversibel.

Plancks postulat inneh?ller, tillsammans med f?rnekandet av m?jligheten till fullst?ndig omvandling av v?rme till arbete, ett uttalande om m?jligheten av fullst?ndig omvandling av arbete till v?rme.

Modern formulering av den klassiska termodynamikens andra lag.

Termodynamikens andra lag ?r p?st?endet att vilket j?mviktssystem som helst har en viss tillst?ndsfunktion - entropi och dess icke-minskande i alla processer i isolerade och adiabatiskt isolerade system.

Med andra ord ?r termodynamikens andra lag enhetlig princip om existens och ?kning av entropi.

Principen om existensen av entropi?r uttalandet av den klassiska termodynamikens andra lag om f?rekomsten av en viss funktion av kropparnas tillst?nd (termodynamiska system) - entropi S (\displaystyle S), vars differential ?r den totala differentialen d S (\displaystyle dS), och definieras i reversibla processer som f?rh?llandet mellan den element?ra m?ngden v?rme som tillf?rs utifr?n d Q rev * (\displaystyle \delta Q_(\text(rev))^(*)) till kroppens (systemets) absoluta temperatur T (\displaystyle T):

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

Entropi?kande princip?r uttalandet av den klassiska termodynamikens andra lag om den konstanta ?kningen av entropin hos isolerade system i alla verkliga processer f?r att f?r?ndra deras tillst?nd. (I reversibla processer f?r att ?ndra tillst?ndet hos isolerade system, f?r?ndras inte deras entropi).

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

Matematiskt uttryck f?r den klassiska termodynamikens andra lag:

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

Statistisk definition av entropi

Inom statistisk fysik, entropi (S) (\displaystyle (S)) termodynamiskt system betraktas som en funktion av sannolikhet (W) (\displaystyle (W)) dess tillst?nd ("Boltzmann-principen").

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

Var k (\displaystyle k)- Boltzmann konstant, W (\displaystyle W)- termodynamisk sannolikhet f?r ett tillst?nd, som best?ms av antalet mikrotillst?nd som realiserar ett givet makrotillst?nd.

Metoder f?r att underbygga termodynamikens andra lag.

R. Clausius metod

I sin motivering av den andra lagen utforskar Clausius de cirkul?ra processerna hos tv? mekaniskt kopplade reversibla v?rmemotorer som anv?nder en idealgas som arbetsv?tska, bevisar Carnots teorem (uttryck f?r effektiviteten hos en reversibel Carnot-cykel) f?r ideala gaser i = 1 - T 2 T 1 (\displaystyle \eta =1-(\frac (T_(2))(T_(1)))), och formulerar sedan ett teorem som kallas Clausius-integralen:

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

Eftersom den cirkul?ra integralen ?r lika med noll, f?ljer det att dess integrand ?r den totala differentialen f?r n?gon tillst?ndsfunktion - S (\displaystyle S), och f?ljande likhet ?r ett matematiskt uttryck f?r principen om existensen av entropi f?r reversibla processer:

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

Vidare bevisar Clausius oj?mlikheten i effektiviteten hos reversibla och irreversibla maskiner och kommer slutligen till slutsatsen att entropin hos isolerade system inte minskar: M?nga inv?ndningar och kommentarer gjordes ang?ende konstruktionen av termodynamikens andra lag med Clausius metod. H?r ?r n?gra av dem:

1. Konstruktionen av principen om existensen av entropi Clausius b?rjar med uttrycket av effektiviteten hos den reversibla Carnot-cykeln f?r idealgaser, och ut?kar den sedan till alla reversibla cykler. S?ledes postulerar Clausius implicit m?jligheten att det finns idealiska gaser som f?ljer Clapeyrons ekvation P v = R T (\displaystyle Pv=RT) och Joules lag u = u (t) (\displaystyle u=u(t)) .

2. Ber?ttigandet av Carnots sats ?r felaktigt, eftersom ett extra villkor inf?rs i bevisschemat - en mer perfekt reversibel maskin tilldelas alltid rollen som en v?rmemotor. Men om vi accepterar att en kylmaskin ?r en mer perfekt maskin, och ist?llet f?r Clausius postulat, accepterar vi det motsatta p?st?endet att v?rme inte spontant kan ?verf?ras fr?n en varmare kropp till en kallare, s? kommer Carnots sats ocks? att bevisas i samma s?tt. S?ledes tyder slutsatsen p? att principen om existensen av entropi inte beror p? riktningen av fl?det av spontana processer, och postulatet om irreversibilitet kan inte vara grunden f?r att bevisa existensen av entropi.

3. Clausius postulat som ett f?rbudspostulat ?r inte ett uttryckligt uttalande som karakteriserar riktningen f?r fl?det av irreversibla fenomen som observeras i naturen, i synnerhet ett uttalande om den spontana ?verf?ringen av v?rme fr?n en varmare kropp till en kallare, eftersom uttrycket - kan inte korsa?r inte likv?rdig med uttrycket passerar.

4. Statistisk fysiks slutsatser om den probabilistiska karakt?ren av principen om irreversibilitet och uppt?ckten 1951. ovanliga (kvant)system med negativa absoluta temperaturer, d?r spontan v?rme?verf?ring har motsatt riktning, v?rme kan helt f?rvandlas till arbete, och arbete kan inte helt (utan kompensation) f?rvandlas till v?rme, skakade grundpostulaten av Clausius, Thomson - Kelvin och Planck, helt f?rkastade vissa och inf?r allvarliga restriktioner p? andra.

Schiller-Carath?odory metod

Under 1900-talet, tack vare verken av N. Schiller, K. Carath?odory, T. Afanasyeva - Ehrenfest, A. Gukhman och N.I. Belokon, en ny axiomatisk riktning d?k upp f?r att underbygga termodynamikens andra lag. Det visade sig att principen om existensen av entropi kan underbyggas oavsett riktningen av verkliga processer som observeras i naturen, d.v.s. fr?n principen om irreversibilitet, och f?r att best?mma den absoluta temperaturen och entropin, som Helmholtz noterade, kr?vs varken h?nsyn till cirkul?ra processer eller antagandet om f?rekomsten av idealgaser. ?r 1909 publicerade Konstantin Carath?odory, en framst?ende tysk matematiker, ett arbete d?r han underbyggde principen om existensen av entropi inte som ett resultat av att studera tillst?nden i verkliga termodynamiska system, utan p? grundval av en matematisk ?verv?gande av uttrycken f?r reversibel v?rme?verf?ring som differentialpolynom (Pfaff-former). ?nnu tidigare, vid sekelskiftet, kom N. Schiller till liknande konstruktioner, men hans arbete f?rblev obem?rkt tills T. Afanas'eva-Ehrenfest uppm?rksammade dem 1928.

Postulat av Caratheodory (postulat om adiabatisk ouppn?elighet).

N?ra varje j?mviktstillst?nd i systemet ?r dess tillst?nd m?jliga som inte kan uppn?s med en reversibel adiabatisk process.

Carath?odorys sats s?ger det om Pfaff differentialpolynomet har egenskapen att det i en godtycklig n?rhet av n?gon punkt finns andra punkter som ?r ouppn?bara genom successiva r?relser l?ngs banan, s? finns det integrerande divisorer f?r detta polynom och ekvationerna ? X i d x i = 0 (\displaystyle \summa X_(i)dx_(i)=0).

M. Planck var kritisk till Carath?odory-metoden. Carath?odorys postulat, enligt hans ?sikt, ?r inte ett av de uppenbara och uppenbara axiomen: "Uttalandet i det ?r inte allm?nt till?mpligt p? naturliga processer ... . Ingen har n?gonsin satt upp experiment med m?let att n? alla angr?nsande tillst?nd i n?got s?rskilt tillst?nd p? ett adiabatiskt s?tt. Planck mots?tter sig Carath?odory-systemet med sitt eget system baserat p? postulatet: "Uppbildningen av v?rme genom friktion ?r irreversibel", vilket enligt hans ?sikt utt?mmer inneh?llet i termodynamikens andra lag. Carath?odory-metoden var under tiden mycket uppskattad i T. Afanas'eva-Ehrenfests arbete "Irreversibilitet, ensidighet och termodynamikens andra lag" (1928). I sin anm?rkningsv?rda artikel kom Afanasyeva-Ehrenfest till ett antal viktiga slutsatser, s?rskilt:

1. Huvudinneh?llet i den andra lagen ?r att den element?ra m?ngden v?rme d Q (\displaystyle \delta Q), som systemet utbyter i en kvasi-sistisk process, kan representeras som T d S (\displaystyle TdS), var T = f (t) (\displaystyle T=f(t))- temperaturens universella funktion, kallad den absoluta temperaturen, och (S) (\displaystyle (S))- en funktion av parametrarna f?r systemets tillst?nd, kallad entropi. Uppenbarligen uttrycket d Q = T d S (\displaystyle \delta Q=TdS) har betydelsen principen om existensen av entropi.

2. Den grundl?ggande skillnaden mellan icke-j?mviktsprocesser och j?mviktsprocesser ?r att under f?rh?llanden av olikformighet i temperaturf?ltet ?r ?verg?ngen av systemet till ett tillst?nd med en annan entropi utan v?rmev?xling med omgivningen m?jlig. (Denna process senare i N.I. Belokons verk kallades "intern v?rme?verf?ring" eller v?rme?verf?ring av arbetsv?tskan.). En konsekvens av icke-j?mviktsprocessen i ett isolerat system ?r dess ensidighet.

3. En ensidig f?r?ndring av entropin ?r lika t?nkbar som dess stadiga ?kning eller som en stadig minskning. Fysiska f?ruts?ttningar - s?som adiabatisk ouppn?elighet och irreversibilitet av verkliga processer uttrycker inga krav p? den dominerande riktningen f?r fl?det av spontana processer.

4. F?r att harmonisera de erh?llna slutsatserna med experimentella data f?r verkliga processer ?r det n?dv?ndigt att anta ett postulat, vars omfattning best?ms av gr?nserna f?r till?mpligheten av dessa data. Detta postulat ?r principen entropi?kning.

A. Gukhman, som utv?rderar Carath?odorys arbete, menar att det "k?nnetecknas av formell logisk rigor och perfektion i matematiska termer ... Samtidigt, i ett f?rs?k att uppn? den st?rsta generaliteten, gav Carath?odory sitt system en s?dan abstrakt och komplex form att den visade sig vara praktiskt taget otillg?nglig f?r den tidens majoritetsfysiker. N?r det g?ller postulatet om adiabatisk ouppn?elighet, noterar Guchman att den, som en fysisk princip, inte kan ligga till grund f?r en teori som har universell betydelse, eftersom den inte har egenskapen sj?lvbevis. "Allt ?r extremt tydligt i f?rh?llande till ett enkelt ... system ... Men denna klarhet ?r helt f?rlorad i det allm?nna fallet med ett heterogent system, komplicerat av kemiska omvandlingar och exponerat f?r yttre f?lt." Han talar ocks? om hur r?tt Afanasyev-Ehrenfest hade, och insisterade p? behovet av att helt separera problemet med existensen av entropi fr?n allt som ?r kopplat till id?n om o?terkalleligheten av verkliga processer. N?r det g?ller konstruktionen av termodynamikens grunder, anser Gukhman att "det finns inget oberoende separat problem med existensen av entropi. Fr?gan reduceras till utvidgningen till fallet med termisk v?xelverkan av en rad id?er som utvecklats p? grundval av erfarenheten av att studera alla andra energiinteraktioner, och som kulminerar i uppr?ttandet av en ekvation som ?r enhetlig i form f?r en element?r m?ngd aktion d Q = P d x (\displaystyle dQ=Pdx) Denna extrapolering antyds av sj?lva strukturen av id?er. Utan tvekan finns det tillr?ckliga sk?l f?r att acceptera det som en mycket rimlig hypotes, och d?rmed postulera existensen av entropi.

N.I. Belokon gav i sin monografi "Thermodynamics" en detaljerad analys av m?nga f?rs?k att underbygga termodynamikens andra lag som en enhetlig princip f?r existensen och ?kningen av entropi p? basis av postulatet om irreversibilitet enbart. Han visade att f?rs?k till en s?dan motivering inte motsvarar termodynamikens nuvarande utvecklingsniv? och inte kan motiveras, f?r det f?rsta, eftersom slutsatsen om existensen av entropi och absolut temperatur inte har n?got att g?ra med naturfenomens irreversibilitet (dessa funktioner) existerar oavsett ?kningen eller minskningen av entropin hos isolerade system), f?r det andra, en indikation p? riktningen f?r de observerade irreversibla fenomenen minskar niv?n av generalitet f?r termodynamikens andra lag och, f?r det tredje, anv?ndningen av Thomson-Planck-postulatet om om?jligheten av fullst?ndig omvandling av v?rme till arbete mots?ger resultaten av studier av system med negativ absolut temperatur, d?r v?rme helt kan omvandlas till arbete, men arbete kan inte helt omvandlas till v?rme. Efter T. Afanasyeva-Ehrenfest N.I. Belokon h?vdar att skillnaden i inneh?ll, generell niv? och omfattning av principerna om existens och ?kning av entropi ?r ganska uppenbar:

1. Fr?n principen om existensen av entropi f?ljer ett antal viktiga differentialer ekvationer termodynamik, flitigt anv?nd i studiet av termodynamiska processer och materiens fysikaliska egenskaper, och dess vetenskapliga betydelse kan knappast ?verskattas.

2. Principen f?r ?kande entropi av isolerade system ?r ett uttalande om det irreversibla fl?det av fenomen som observeras i naturen. Denna princip anv?nds i bed?mningar om den mest sannolika riktningen f?r fl?det av fysikaliska processer och kemiska reaktioner, och alla oj?mlikheter termodynamik.

Betr?ffande underbyggandet av principen om existensen av entropi med Schillers metod - Carath?odory Belokon noterar att vid konstruktionen av existensprincipen med denna metod ?r det absolut n?dv?ndigt att anv?nda Carath?odorys sats om villkoren f?r existensen av integrerande divisorer av differentialpolynom d Q = ? X i d x i = t d Z , (\displaystyle \delta Q=\summa X_(i)dx_(i)=\tau dZ,) emellertid m?ste behovet av att anv?nda detta teorem "erk?nnas som mycket pinsamt, eftersom den allm?nna teorin om differentialpolynom av den typ som ?r under ?verv?gande (Pfaff-former) uppvisar vissa sv?righeter och presenteras endast i speciella arbeten om h?gre matematik." I de flesta termodynamikkurser ges Carath?odory-satsen utan bevis, eller s? ges beviset i en icke rigor?s, f?renklad form. .

Analys av konstruktionen av principen om existensen av entropin av j?mviktssystem enligt schemat av K. Carath?odory, N.I. Belokon uppm?rksammar anv?ndningen av ett helt orimligt antagande om m?jligheten att samtidigt sl? p? temperaturen t (\displaystyle t) och - fungerar i sammans?ttningen av oberoende tillst?ndsvariabler i j?mviktssystemet och kommer till slutsatsen att att Carath?odorys postulat ?r ekvivalent med gruppen av allm?nna villkor f?r existensen av integrerande divisorer av differentialpolynom ? X i d x i (\displaystyle \sum X_(i)dx_(i)), men otillr?cklig att fastst?lla existensen prim?r integrerande avdelare t (t) = T (\displaystyle \tau (t)=T), d.v.s. att motivera principen om existensen av absolut temperatur och entropi . Vidare s?ger han: "Det ?r ganska uppenbart att n?r man konstruerar principen om existensen av absolut temperatur och entropi p? basis av Carath?odory-satsen, b?r ett s?dant postulat anv?ndas, vilket skulle vara ekvivalent med satsen om of?renligheten av adiabat och isoterm ...” I dessa korrigerade konstruktioner blir postulatet helt ?verfl?digt.Carath?odory, eftersom detta postulat ?r en s?rskild konsekvens av den n?dv?ndiga satsen om adiabatens och isotermens of?renlighet.

Metod N.I. Belokony

I motiveringen enligt metoden av N.I. Belokon, termodynamikens andra lag ?r uppdelad i tv? principer (lagar):

1. Principen f?r existensen av absolut temperatur och entropi ( andra start av termostat).

2. Principen att ?ka entropin ( termodynamikens andra lag).

Var och en av dessa principer underbyggdes p? basis av oberoende postulat.

• Postulatet f?r termostatens andra lag (Belokon).

Temperatur ?r den enda tillst?ndsfunktionen som best?mmer riktningen f?r spontan v?rme?verf?ring, d.v.s. mellan kroppar och element i kroppar som inte ?r i termisk j?mvikt ?r samtidig spontan (enligt balans) ?verf?ring av v?rme i motsatta riktningar om?jlig - fr?n kroppar som ?r mer uppv?rmda till kroppar som ?r mindre uppv?rmda och vice versa. .

Postulatet f?r termostatikens andra lag ?r ett s?rskilt uttryck f?r kausalitet och naturlagarnas entydighet . Till exempel, om det finns en anledning som beror p? att v?rme i ett givet system g?r fr?n en varmare kropp till en mindre uppv?rmd, d? kommer samma anledning att f?rhindra v?rme?verf?ring i motsatt riktning och vice versa. Detta postulat ?r helt symmetriskt med avseende p? riktningen f?r irreversibla fenomen, eftersom det inte inneh?ller n?gon indikation p? den observerade riktningen f?r irreversibla fenomen i v?r v?rld - v?rlden av positiva absoluta temperaturer.

Konsekvenser av termostatens andra lag:

F?ljd I. Om?jlig samtidig(inom samma rum-tid-system med positiva eller negativa absoluta temperaturer) genomf?randet av fullst?ndiga omvandlingar av v?rme till arbete och arbete till v?rme.

F?ljd II. (sats om inkompatibilitet f?r adiabat och isoterm). P? isotermen av ett termodynamiskt j?mviktssystem som korsar tv? olika adiabater i samma system, kan v?rme?verf?ringen inte vara noll.

F?ljd III (sats om kropparnas termiska j?mvikt). I j?mvikt cirkul?ra processer av tv? termiskt kopplade kroppar (t I = t I I) (\displaystyle (t_(I)=t_(I)I)), som bildar ett adiabatiskt isolerat system, ?terg?r b?da kropparna till sina ursprungliga adiabater och till sitt ursprungliga tillst?nd samtidigt.

Baserat p? konsekvenserna av postulatet av termostaters andra lag, N.I. Belokon f?reslog konstruktionen av principen om existensen av absolut temperatur och entropi f?r reversibla och irreversibla processer d Q = d Q * + Q * * T d S (\displaystyle \delta Q=\delta Q^(*)+Q^(**)TdS)

• Postulat f?r termodynamikens andra lag (principen om entropi?kning).

Postulatet f?r termodynamikens andra lag f?resl?s i form av ett uttalande som best?mmer riktningen f?r ett av de karakteristiska fenomenen i v?r v?rld av positiva absoluta temperaturer:

Arbetet kan direkt och helt omvandlas och v?rmas genom friktion eller elektrisk uppv?rmning.

F?ljd I. V?rme kan inte helt omvandlas till arbete.(principen f?r det uteslutna Perpetuum mobile II-sl?ktet):

i < 1 {\displaystyle \eta <1}

F?ljd II. Verkningsgraden eller kylkapaciteten f?r alla irreversibla v?rmemotorer (motor eller kylsk?p) vid givna temperaturer f?r externa k?llor ?r alltid mindre ?n effektiviteten eller kylkapaciteten f?r reversibla maskiner som arbetar mellan samma k?llor.

Minskningen av verkningsgraden och kylkapaciteten hos riktiga v?rmemotorer ?r f?rknippad med en kr?nkning av j?mviktsfl?det av processer (icke-j?mviktsv?rme?verf?ring p? grund av temperaturskillnaden mellan v?rmek?llor och arbetsv?tskan) och den irreversibla omvandlingen av arbete till v?rme (friktionsf?rluster och inre motst?nd).

Fr?n denna f?ljd och f?ljd I av termostatikens andra lag f?ljer direkt om?jligheten att f?rverkliga Perpetuum mobile av I- och II-slaget. Baserat p? postulatet f?r termodynamikens andra lag, kan det matematiska uttrycket f?r den klassiska termodynamikens andra lag underbyggas som en enhetlig princip f?r existensen och ?kningen av entropi:

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

Det finns flera formuleringar av termodynamikens andra lag, vars f?rfattare ?r den tyske fysikern, mekanikern och matematikern Rudolf Clausius och den brittiske fysikern och mekanikern William Thomson, Lord Kelvin. Ut?t skiljer de sig ?t, men deras v?sen ?r densamma.

Clausius postulat

Rudolf Julius Emmanuel Clausius

Termodynamikens andra lag, liksom den f?rsta, h?rleds ocks? empiriskt. Den tyske fysikern, mekanikern och matematikern Rudolf Clausius anses vara f?rfattaren till den f?rsta formuleringen av termodynamikens andra lag.

« V?rme kan inte av sig sj?lv passera fr?n en kall kropp till en varm kropp. ". Detta uttalande, som Clasius kallade " termiskt axiom”, formulerades 1850 i verket ”Om v?rmens drivkraft och om de lagar som h?rav kan erh?llas f?r v?rmeteorin”.”Sj?lvklart ?verf?rs v?rme bara fr?n en kropp med h?gre temperatur till en kropp med l?gre temperatur. I motsatt riktning ?r spontan v?rme?verf?ring om?jlig. Det ?r meningen Clausius postulat , som best?mmer essensen av termodynamikens andra lag.

Reversibla och irreversibla processer

Termodynamikens f?rsta lag visar det kvantitativa f?rh?llandet mellan v?rmen som tas emot av systemet, f?r?ndringen i dess inre energi och det arbete som systemet utf?r p? yttre kroppar. Men han ?verv?ger inte riktningen f?r v?rme?verf?ringen. Och det kan antas att v?rme kan ?verf?ras b?de fr?n en varm kropp till en kall, och vice versa. Samtidigt ?r detta inte fallet i verkligheten. Om tv? kroppar ?r i kontakt, ?verf?rs alltid v?rme fr?n den varmare kroppen till den kallare. Och denna process sker av sig sj?lv. I detta fall sker inga f?r?ndringar i de yttre kropparna som omger kontaktkropparna. En s?dan process som sker utan att arbeta utifr?n (utan ingripande av yttre krafter) kallas spontan . Han kan vara reversibel och irreversibel.

Spontant kyls ner, en varm kropp ?verf?r sin v?rme till de omgivande kallare kropparna. Och en kall kropp blir aldrig varm av sig sj?lv. Det termodynamiska systemet kan i detta fall inte ?terg? till sitt ursprungliga tillst?nd. En s?dan process kallas irreversibel . Irreversibla processer g?r bara i en riktning. N?stan alla spontana processer i naturen ?r irreversibla, precis som tiden ?r irreversibel.

reversibel kallas en termodynamisk process d?r systemet g?r fr?n ett tillst?nd till ett annat, men kan ?terg? till sitt ursprungliga tillst?nd, passera i omv?nd ordning genom mellanliggande j?mviktstillst?nd. I detta fall ?terst?lls alla systemparametrar till sitt ursprungliga tillst?nd. Reversibla processer ger mest arbete. Men i verkligheten kan de inte f?rverkligas, de kan bara n?rma sig, eftersom de g?r o?ndligt l?ngsamt. I praktiken best?r en s?dan process av kontinuerliga successiva j?mviktstillst?nd och kallas kvasistatisk. Alla kvasistatiska processer ?r reversibla.

Thomson (Kelvin) postulat

William Thomson, Lord Kelvin

Termodynamikens viktigaste uppgift ?r att erh?lla st?rsta m?jliga arbete med hj?lp av v?rme. Arbete omvandlas enkelt till v?rme helt utan n?gon som helst kompensation, till exempel med hj?lp av friktion. Men den omv?nda processen att omvandla v?rme till arbete ?r inte komplett och ?r om?jlig utan att f? extra energi utifr?n.

Det m?ste s?gas att ?verf?ring av v?rme fr?n en kallare kropp till en varmare ?r m?jlig. En s?dan process sker till exempel i v?rt hemkylsk?p. Men det kan inte vara spontant. F?r att det ska fl?da ?r det n?dv?ndigt att ha en kompressor som destillerar s?dan luft. Det vill s?ga, f?r den omv?nda processen (kylning) kr?vs en energitillf?rsel utifr?n. " Det ?r om?jligt att ?verf?ra v?rme fr?n en kropp med l?gre temperatur utan kompensation ».

?r 1851 gav den brittiske fysikern och mekanikern William Thomson, Lord Kelvin, en annan formulering av den andra lagen. Thomsons (Kelvins) postulat lyder: "Det finns ingen cirkul?r process, vars enda resultat skulle vara produktion av arbete genom att kyla v?rmereservoaren" . Det vill s?ga, det ?r om?jligt att skapa en cykliskt fungerande motor, som ett resultat av vilket positivt arbete skulle utf?ras p? grund av dess interaktion med endast en v?rmek?lla. Trots allt, om det var m?jligt, skulle en v?rmemotor kunna fungera, anv?nda till exempel havens energi och helt omvandla den till mekaniskt arbete. Som ett resultat av detta skulle havet svalna p? grund av en minskning av energin. Men s? snart dess temperatur skulle vara under omgivningstemperaturen, m?ste en process av spontan v?rme?verf?ring fr?n en kallare kropp till en varmare ?ga rum. Men en s?dan process ?r om?jlig. F?r driften av en v?rmemotor kr?vs d?rf?r minst tv? v?rmek?llor med olika temperaturer.

Perpetuum mobile av det andra slaget

I v?rmemotorer omvandlas v?rme till nyttigt arbete endast n?r man g?r fr?n en varm kropp till en kall. F?r att en s?dan motor ska fungera skapas en temperaturskillnad i den mellan kylfl?nsen (v?rmaren) och kylfl?nsen (kylsk?pet). V?rmaren ?verf?r v?rme till arbetsv?tskan (till exempel gas). Den arbetande kroppen expanderar och fungerar. Men all v?rme omvandlas inte till arbete. En del av det ?verf?rs till kylsk?pet och en del g?r till exempel helt enkelt ut i atmosf?ren. Sedan, f?r att ?terst?lla arbetsv?tskeparametrarna till sina ursprungliga v?rden och starta cykeln igen, m?ste arbetsv?tskan v?rmas upp, det vill s?ga v?rme m?ste tas fr?n kylsk?pet och ?verf?ras till v?rmaren. Det betyder att v?rme m?ste ?verf?ras fr?n en kall kropp till en varmare. Och om denna process kunde genomf?ras utan tillf?rsel av energi utifr?n, skulle vi f? en evighetsmaskin av det andra slaget. Men eftersom det enligt termodynamikens andra lag ?r om?jligt att g?ra detta, ?r det ocks? om?jligt att skapa en evighetsmaskin av det andra slaget, som helt skulle omvandla v?rme till arbete.

Ekvivalenta formuleringar av termodynamikens andra lag:

1. En process ?r om?jlig, vars enda resultat ?r omvandlingen till arbete av hela m?ngden v?rme som tas emot av systemet.
2. Det ?r om?jligt att skapa en evighetsmaskin av det andra slaget.

Carnot-principen

Nicolas Leonard Sadie Carnot

Men om det ?r om?jligt att skapa en evighetsmaskin, ?r det m?jligt att organisera driftcykeln f?r en v?rmemotor p? ett s?dant s?tt att effektiviteten (effektivitetsfaktorn) ?r maximal.

?r 1824, l?ngt innan Clausius och Thomson formulerade sina postulat som definierade termodynamikens andra lag, publicerade den franske fysikern och matematikern Nicolas L?onard Sadi Carnot sitt arbete "Reflektioner om eldens drivkraft och om maskiner som kan utveckla denna kraft." Inom termodynamiken anses det vara grundl?ggande. Forskaren gjorde en analys av de ?ngmaskiner som fanns vid den tiden, vars effektivitet bara var 2%, och beskrev driften av en idealisk v?rmemotor.

I en vattenmotor fungerar vatten genom att falla ner fr?n en h?jd. I analogi f?reslog Carnot att v?rme ocks? kan g?ra arbete, flytta fr?n en varm kropp till en kallare. Det betyder att f?r att v?rmemotorn fungerade, den ska ha 2 v?rmek?llor med olika temperatur. Detta uttalande kallas Carnot-principen . Och driftcykeln f?r v?rmemotorn skapad av vetenskapsmannen kallades Carnot cykel .

Carnot kom med en idealisk v?rmemotor som kunde prestera b?sta m?jliga jobb p? grund av v?rmen som tillf?rs den.

V?rmemotorn som beskrivs av Carnot best?r av en v?rmare med en temperatur T N , arbetsv?tska och kylsk?p med temperatur T X .

Carnot-cykeln ?r en cirkul?r reversibel process och inkluderar 4 steg - 2 isotermiska och 2 adiabatiska.

Det f?rsta steget A->B ?r isotermiskt. Det sker vid samma temperatur som v?rmaren och arbetsv?tskan T N . Under kontakt, m?ngden v?rme Q H ?verf?rs fr?n v?rmaren till arbetsv?tskan (gas i cylindern). Gasen expanderar isotermiskt och utf?r mekaniskt arbete.

F?r att processen ska vara cyklisk (kontinuerlig) m?ste gasen ?terf?ras till sina ursprungliga parametrar.

I det andra steget av B->C-cykeln separeras arbetsv?tskan och v?rmaren. Gasen forts?tter att expandera adiabatiskt utan att v?rmev?xla med omgivningen. Samtidigt s?nks dess temperatur till temperaturen i kylsk?pet. T X och det forts?tter att fungera.

Vid det tredje steget C->D har arbetsv?tskan en temperatur T X , ?r i kontakt med kylsk?pet. Under inverkan av en yttre kraft komprimeras den isotermiskt och avger v?rme i m?ngden Q X kylsk?p. Det jobbar p? det.

I det fj?rde steget G -> A kommer arbetsv?tskan att separeras fr?n kylsk?pet. Under inverkan av en yttre kraft komprimeras den adiabatiskt. Det jobbar p? det. Dess temperatur blir lika med v?rmarens temperatur T N .

Arbetskroppen ?terg?r till sitt ursprungliga tillst?nd. Den cirkul?ra processen avslutas. En ny cykel b?rjar.

Effektiviteten hos en kroppsmaskin som arbetar enligt Carnot-cykeln ?r:

Effektiviteten hos en s?dan maskin beror inte p? dess design. Det beror bara p? temperaturskillnaden mellan v?rmaren och kylsk?pet. Och om kylsk?pstemperaturen ?r absolut noll, kommer effektiviteten att vara 100%. Hittills har ingen kunnat komma p? n?got b?ttre.

Tyv?rr ?r det i praktiken om?jligt att bygga en s?dan maskin. Verkliga reversibla termodynamiska processer kan bara n?rma sig idealiska med varierande grad av noggrannhet. Dessutom kommer det alltid att finnas v?rmef?rluster i en riktig v?rmemotor. D?rf?r kommer dess verkningsgrad att vara l?gre ?n verkningsgraden f?r en idealisk v?rmemotor som arbetar enligt Carnot-cykeln.

Olika tekniska anordningar har byggts p? grundval av Carnot-cykeln.

Om Carnot-cykeln utf?rs omv?nt, kommer en kylmaskin att erh?llas. N?r allt kommer omkring kommer arbetsv?tskan f?rst att ta v?rme fr?n kylsk?pet, sedan omvandla det arbete som spenderas p? att skapa cykeln till v?rme och sedan ge denna v?rme till v?rmaren. S? h?r fungerar kylsk?p.

Den omv?nda Carnot-cykeln ?r ocks? k?rnan i v?rmepumpar. S?dana pumpar ?verf?r energi fr?n k?llor med l?g temperatur till en konsument med h?gre temperatur. Men till skillnad fr?n ett kylsk?p, d?r den utvunna v?rmen sl?pps ut i milj?n, ?verf?rs den i en v?rmepump till konsumenten.

§6 Entropi

Vanligtvis g?r varje process d?r ett system ?verg?r fr?n ett tillst?nd till ett annat p? ett s?dant s?tt att det ?r om?jligt att utf?ra denna process i motsatt riktning s? att systemet passerar genom samma mellanliggande tillst?nd utan n?gra f?r?ndringar i de omgivande kropparna. Detta beror p? att en del av energin f?rsvinner i processen, till exempel p? grund av friktion, str?lning och s? vidare. N?stan alla processer i naturen ?r irreversibla. I alla processer g?r en del energi f?rlorad. F?r att karakterisera energif?rlusten introduceras begreppet entropi. ( V?rdet av entropi k?nnetecknar systemets termiska tillst?nd och best?mmer sannolikheten f?r genomf?randet av detta tillst?nd av kroppen. Ju mer sannolikt ett givet tillst?nd ?r, desto st?rre entropi.) Alla naturliga processer ?tf?ljs av en ?kning av entropin. Entropin f?rblir konstant endast i fallet med en idealiserad reversibel process som sker i ett slutet system, det vill s?ga i ett system d?r det inte finns n?got energiutbyte med kroppar utanf?r detta system.

Entropi och dess termodynamiska betydelse:

Entropi- detta ?r en s?dan funktion av systemets tillst?nd, vars o?ndliga f?r?ndring i en reversibel process ?r lika med f?rh?llandet mellan den o?ndligt lilla m?ngden v?rme som inf?rs i denna process och den temperatur vid vilken den inf?rdes.

I en slutlig reversibel process kan f?r?ndringen i entropi ber?knas med hj?lp av formeln:

d?r integralen tas fr?n systemets initialtillst?nd 1 till sluttillst?ndet 2.

Eftersom entropi ?r en tillst?ndsfunktion, ?r integralens egenskap?r dess oberoende fr?n formen p? konturen (banan) l?ngs vilken den ber?knas, d?rf?r best?ms integralen endast av systemets initiala och slutliga tillst?nd.

• I varje reversibel f?r?ndringsprocess ?r entropin 0

(1)

• Termodynamik bevisar detSsystem som g?r en irreversibel cykel ?kar

D S> 0 (2)

Uttryck (1) och (2) g?ller endast f?r slutna system, men om systemet byter v?rme med den yttre milj?n, d?Skan bete sig hur som helst.

Relationer (1) och (2) kan representeras som Clausius-oj?mlikheten

?S >= 0

de d?r. entropin i ett slutet system kan antingen ?ka (vid irreversibla processer) eller f?rbli konstant (vid reversibla processer).

Om systemet g?r en j?mvikts?verg?ng fr?n tillst?nd 1 till tillst?nd 2, ?ndras entropin

var dU och 5Askriven f?r en specifik process. Enligt denna formel, DSbest?ms upp till en additiv konstant. Det ?r inte entropin i sig som har fysisk betydelse, utan skillnaden mellan entropier. L?t oss hitta f?r?ndringen i entropi i processerna f?r en ideal gas.

de d?r. entropif?r?ndringarS D S 1->2 av en idealgas under dess ?verg?ng fr?n tillst?nd 1 till tillst?nd 2 beror inte p? typen av process.

D?rf?r att f?r en adiabatisk process dQ = 0, sedan ? S= 0 => S= konst det vill s?ga en adiabatisk reversibel process fortskrider vid konstant entropi. D?rf?r kallas det isentropiskt.

I en isoterm process (T= const ; T 1 = T 2 : )

I en isokorisk process (V= const ; V 1 = V 2 ; )

Entropi har egenskapen additivitet: systemets entropi ?r lika med summan av entropierna f?r de kroppar som ing?r i systemet.S = S 1 + S 2 + S 3 + ... Den kvalitativa skillnaden mellan molekylers termiska r?relse och andra former av r?relse ?r dess slumpm?ssighet, oordning. D?rf?r, f?r att karakterisera termisk r?relse, ?r det n?dv?ndigt att inf?ra ett kvantitativt m?tt p? graden av molekyl?r st?rning. Om vi betraktar ett givet makroskopiskt tillst?nd hos en kropp med vissa medelv?rden f?r parametrarna, s? ?r det n?got annat ?n en kontinuerlig f?r?ndring av n?ra mikrotillst?nd som skiljer sig fr?n varandra i f?rdelningen av molekyler i olika delar av volymen och i energin f?rdelad mellan molekylerna. Antalet av dessa kontinuerligt f?r?nderliga mikrotillst?nd k?nnetecknar graden av st?rning i det makroskopiska tillst?ndet i hela systemet,wkallas den termodynamiska sannolikheten f?r ett givet mikrotillst?nd. Termodynamisk sannolikhetwsystemtillst?nd ?r antalet s?tt p? vilka ett givet tillst?nd i ett makroskopiskt system kan realiseras, eller antalet mikrotillst?nd som implementerar ett givet mikrotillst?nd (w>= 1, och matematisk sannolikhet <= 1 ).

Vi kom ?verens om att ta logaritmen f?r dess sannolikhet, taget med ett minustecken, som ett m?tt p? ov?ntad h?ndelse: tillst?ndets ov?ntade ?r lika med =-

Enligt Boltzmann, entropiSsystem och termodynamisk sannolikhet ?r relaterade enligt f?ljande:

var - Boltzmann konstant (). S?ledes best?ms entropin av logaritmen f?r antalet tillst?nd med vilka ett givet mikrotillst?nd kan realiseras. Entropi kan betraktas som ett m?tt p? sannolikheten f?r t/d-systemets tillst?nd. Boltzmanns formel till?ter oss att ge entropi f?ljande statistiska tolkning. Entropi ?r ett m?tt p? st?rningen i ett system. Faktum ?r att ju fler mikrotillst?nd som realiserar ett givet mikrotillst?nd, desto st?rre ?r entropin. I systemets j?mviktstillst?nd - systemets mest sannolika tillst?nd - ?r antalet mikrotillst?nd maximalt, medan entropin ocks? ?r maximalt.

D?rf?r att verkliga processer ?r irreversibla, d? kan man h?vda att alla processer i ett slutet system leder till en ?kning av dess entropi - principen om ?kande entropi. I den statistiska tolkningen av entropi inneb?r det att processer i ett slutet system g?r i riktning mot att ?ka antalet mikrotillst?nd, med andra ord fr?n mindre sannolika tillst?nd till mer sannolika, tills tillst?ndets sannolikhet blir maximal.

§7 Termodynamikens andra lag

Termodynamikens f?rsta lag, som uttrycker lagen om bevarande av energi och omvandling av energi, till?ter inte att fastst?lla riktningen f?r fl?det av t/d-processer. Dessutom ?r det m?jligt att f?rest?lla sig en upps?ttning processer som inte mots?ger sigjagb?rjan av m / d, d?r energi lagras, men i naturen realiseras de inte. M?jliga formuleringar av den andra b?rjan t/d:

1) lagen om ?kningen av entropin i ett slutet system under irreversibla processer: varje irreversibel process i ett slutet system sker p? ett s?dant s?tt att entropin i systemet ?kar DS>= 0 (irreversibel process) 2) DS>= 0 (S= 0 f?r reversibel och DS>= 0 f?r irreversibel process)

I processer som sker i ett slutet system minskar inte entropin.

2) Fr?n Boltzmanns formel S = , d?rf?r inneb?r en ?kning av entropin en ?verg?ng av systemet fr?n ett mindre troligt tillst?nd till ett mer troligt.

3) Enligt Kelvin: en cirkul?r process ?r inte m?jlig, vars enda resultat ?r omvandlingen av v?rmen som tas emot fr?n v?rmaren till arbete som motsvarar det.

4) Enligt Clausius: en cirkul?r process ?r inte m?jlig, vars enda resultat ?r ?verf?ringen av v?rme fr?n en mindre uppv?rmd kropp till en mer uppv?rmd.

F?r att beskriva t/d-system vid 0 K anv?nds Nernst-Planck-satsen (t/d tredje lagen): entropin f?r alla kroppar i j?mvikt tenderar att bli noll n?r temperaturen n?rmar sig 0 K

Fr?n satsen Nernst-Planck f?ljer detC p= C v = 0 vid 0 Till

§8 Termo- och kylmaskiner.

Carnot-cykeln och dess effektivitet

Av formuleringen av den andra lagen f?r t/d enligt Kelvin f?ljer att en evighetsmaskin av det andra slaget ?r om?jlig. (En evighetsmaskin ?r en periodiskt fungerande motor som fungerar genom att kyla en v?rmek?lla.)

Termostat- detta ?r ett t/d-system som kan byta v?rme med kroppar utan att ?ndra temperaturen.

Principen f?r drift av en v?rmemotor: fr?n en termostat med en temperatur T 1 - v?rmare, m?ngden v?rme tas bort per cykelQ 1 , och termostat med temperatur T 2 (T 2 < T 1) - kylsk?p, m?ngden v?rme som ?verf?rs per cykelQ 2 , medan du arbetar MEN = Q 1 - Q 2

Cirkul?r process eller cykel?r den process d?r systemet, efter att ha passerat genom en serie tillst?nd, ?terg?r till sitt ursprungliga tillst?nd. P? tillst?ndsdiagrammet representeras cykeln av en sluten kurva. Cykeln som utf?rs av en idealgas kan delas in i expansions (1-2) och kompressionsprocesser (2-1), expansionsarbetet ?r positivt MEN 1-2 > 0, eftersomV 2 > V 1 , ?r kompressionsarbetet negativt MEN 1-2 < 0, т.к. V 2 < V 1 . D?rf?r best?ms arbetet som utf?rs av gasen per cykel av den yta som t?cks av den st?ngda 1-2-1-kurvan. Om positivt arbete utf?rs i en cykel (cykeln ?r medurs), s? kallas cykeln direkt, om det ?r en omv?nd cykel (cykeln sker moturs).

direkt cykel anv?nds i v?rmemotorer - periodiskt arbetande motorer som utf?r arbete p? grund av v?rme som tas emot utifr?n. Den omv?nda cykeln anv?nds i kylmaskiner - periodiskt fungerande installationer d?r v?rme, p? grund av yttre krafters arbete, ?verf?rs till en kropp med h?gre temperatur.

Som ett resultat av den cirkul?ra processen ?terg?r systemet till sitt ursprungliga tillst?nd och d?rf?r ?r den totala f?r?ndringen i inre energi noll. SedanІ starta t/d f?r cirkul?r process

Q= D U+ A= A,

Det vill s?ga det arbete som utf?rs per cykel ?r lika med m?ngden v?rme som tas emot utifr?n, men

Q= Q 1 - Q 2

Q 1 - kvantitet v?rme som tas emot av systemet,

Q 2 - kvantitet v?rme som avges av systemet.

Termisk effektivitet f?r en cirkul?r process ?r det lika med f?rh?llandet mellan det arbete som utf?rs av systemet och m?ngden v?rme som tillf?rs systemet:

F?r i = 1, villkoretQ 2 = 0, dvs. v?rmemotorn m?ste ha en v?rmek?llaQ 1 , men detta mots?ger den andra lagen i t/d.

Den omv?nda processen till vad som h?nder i en v?rmemotor anv?nds i en kylmaskin.

Fr?n termostat med temperatur T 2 m?ngden v?rme tas bortQ 2 och ?verf?rs till termostaten med temperaturT 1 , m?ngd v?rmeQ 1 .

Q= Q 2 - Q 1 < 0, следовательно A< 0.

Utan att arbeta ?r det om?jligt att ta v?rme fr?n en mindre uppv?rmd kropp och ge den till en varmare.

Baserat p? den andra lagen i t/d h?rledde Carnot en sats.

Carnots teorem: av alla periodiskt arbetande v?rmemotorer med samma v?rmartemperaturer ( T 1) och kylsk?p ( T 2), den h?gsta effektiviteten. har v?ndbara maskiner. K.P.D. v?ndbara maskiner f?r lika T 1 och T 2 ?r lika och beror inte p? beskaffenheten av arbetsv?tskan.

En arbetskropp ?r en kropp som utf?r en cirkul?r process och utbyter energi med andra kroppar.

Carnot-cykeln ?r den mest ekonomiska reversibla cykeln, best?ende av 2 isotermer och 2 adiabater.

1-2-isotermisk expansion vid T 1 v?rmare; v?rme tillf?rs gasenQ 1 och arbetet ?r gjort

2-3 - adiabat. expansion, gas fungerarA 2-3 >0 ?ver yttre kroppar.

3-4 isotermisk kompression vid T 2 kylsk?p; v?rmen tas bortQ 2 och arbetet ?r gjort;

4-1-adiabatisk kompression, arbete utf?rs p? gasen 4-1 <0 внешними телами.

I en isoterm processU= konst , allts? Q 1 = A 12

1

Med adiabatisk expansionQ 2-3 = 0, och gasarbete A 23 gjort med inre energi A 23 = - U

M?ngd v?rmeQ 2 , som ges av gasen till kylsk?pet under isotermisk kompression ?r lika med kompressionsarbetet MEN 3-4

2

Arbete med adiabatisk kompression

Arbete utf?rt i en cirkul?r process

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

och ?r lika med arean av 1-2-3-4-1 kurvan.

Termisk effektivitet Carnot cykel

Fr?n den adiabatiska ekvationen f?r processerna 2-3 och 3-4 f?r vi

Sedan

de d?r. effektivitet Carnot-cykeln best?ms endast av v?rmarens och kylarens temperaturer. F?r att ?ka effektiviteten beh?ver ?ka skillnaden T 1 - T 2 .

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

I illustrationen till v?nster: kristna konservativas protest mot termodynamikens andra lag. Inskriptionerna p? affischerna: det ?verstrukna ordet "entropi"; "Jag accepterar inte vetenskapens grundsatser och r?star."

DET ANDRA URSRUPPET TILL TERMODYNAMIK OCH SKAPPANDE FR?GOR

I b?rjan av 2000-talet samlades en grupp konservativa kristna p? trappan till Capitolium (Kansas, USA) f?r att kr?va avskaffandet av en grundl?ggande vetenskaplig princip - termodynamikens andra lag (se bilden till v?nster). Anledningen till detta var deras ?vertygelse om att denna fysiska lag mots?ger deras tro p? Skaparen, eftersom den f?ruts?ger universums hetad?d. Piloterna sa att de inte ville leva i en v?rld som r?rde sig mot en s?dan framtid och l?ra sina barn detta. Att leda kampanjen mot termodynamikens andra lag ?r ingen mindre ?n en senator i delstaten Kansas som anser att lagen "hotar v?ra barns f?rst?else av universum som en v?rld skapad av en v?lvillig och k?rleksfull Gud."

Paradoxalt nog, i samma USA, anser en annan kristen riktning - kreationister, ledda av Duane Gish, ordf?rande f?r Institute for Creation Research - tv?rtom, inte bara termodynamikens andra lag som vetenskaplig, utan v?djar ocks? ivrigt till den f?r att bevisa att v?rlden skapades av Gud. Ett av deras huvudargument ?r att livet inte kunde uppst? spontant, eftersom allt runt omkring ?r utsatt f?r spontan f?rst?relse, inte skapande.

Med tanke p? en s? sl?ende mots?ttning mellan dessa tv? kristna riktningar, uppst?r en naturlig fr?ga - vilken av dem har r?tt? Och har n?gon r?tt?

I den h?r artikeln vi kommer att ?verv?ga var det ?r m?jligt och var det ?r om?jligt att till?mpa termodynamikens andra lag och hur den ?r relaterad till fr?gor om tro p? Skaparen.

Termodynamik?r en gren av fysiken som studerar samband och omvandlingar av v?rme och andra energiformer. Den ?r baserad p? flera grundl?ggande principer, kallade termodynamikens principer (ibland lagar). Bland dem ?r kanske den mest k?nda den andra b?rjan.

Termodynamikens andra lag, f?rutom ovanst?ende, har andra formuleringar. Det ?r kring en av dem som all skapelsekontrovers vi har n?mnt kretsar. Denna formulering ?r relaterad till begreppet entropi, som vi m?ste bekanta oss med.

Entropi(enligt en av definitionerna) ?r en indikator p? oordning, eller slumpm?ssighet, i systemet. Enkelt uttryckt, ju mer kaos som r?der i systemet, desto h?gre ?r dess entropi. F?r termodynamiska system ?r entropin ju h?gre, desto mer kaotisk ?r r?relsen hos de materialpartiklar som utg?r systemet (till exempel molekyler).

Med tiden ins?g forskare att entropi ?r ett bredare begrepp och kan till?mpas inte bara p? termodynamiska system. I allm?nhet har vilket system som helst ett visst m?tt av kaos, som kan f?r?ndras - ?ka eller minska. I det h?r fallet ?r det l?mpligt att tala om entropi. H?r ?r n?gra exempel:

· Glas med vatten. Om vatten fr?s och f?rvandlades till is, ?r dess molekyler anslutna till ett kristallgitter. Detta motsvarar en st?rre ordning (mindre entropi) ?n tillst?ndet n?r vattnet har sm?lt och molekylerna r?r sig slumpm?ssigt. Men efter att ha sm?lt beh?ller vattnet fortfarande en viss form - glaset d?r det ?r bel?get. Om vattnet f?r?ngas, r?r sig molekylerna ?nnu mer intensivt och upptar hela volymen som de f?r, och r?r sig ?nnu mer kaotiskt. S?ledes ?kar entropin ?nnu mer.

· Solsystem.?ven i den kan man iaktta b?de ordning och reda. Planeterna r?r sig i sina banor med s?dan precision att astronomer kan f?ruts?ga sin position vid varje given tidpunkt ?rtusenden fram?t. Det finns dock flera asteroidb?lten i solsystemet som r?r sig mer kaotiskt - de kolliderar, g?r s?nder, faller ibland p? andra planeter. Enligt kosmologer fylldes till en b?rjan hela solsystemet (utom sj?lva solen) med s?dana asteroider, fr?n vilka fasta planeter senare bildades, och dessa asteroider r?rde sig ?nnu mer kaotiskt ?n nu. Om detta ?r sant, s? var entropin i solsystemet (annat ?n solen sj?lv) ursprungligen h?gre.

· Galaxy. En galax best?r av stj?rnor som r?r sig runt dess centrum. Men ?ven h?r finns det en viss oordning: stj?rnorna kolliderar ibland, ?ndrar r?relseriktningen, och p? grund av den ?msesidiga p?verkan av deras banor ?r inte idealiska, de f?r?ndras p? ett n?got kaotiskt s?tt. S? i detta system ?r entropin inte lika med noll.

· Barnrum. F?r dem som har sm? barn observeras ?kningen av entropi ganska ofta med egna ?gon. Efter att de gjort st?dningen r?der relativ ordning i l?genheten. Men n?gra timmar (och ibland mindre) av ett eller tv? barn som vistas d?r i ett tillst?nd av vakenhet ?r tillr?ckligt f?r att entropin i denna l?genhet ska ?ka avsev?rt ...

Om det sista exemplet fick dig att le, s? f?rstod du troligen vad entropi ?r.

F?r att ?terg? till termodynamikens andra lag minns vi att den, som vi sa, har en annan formulering som ?r relaterad till begreppet entropi. Det l?ter s? h?r: entropin kan inte minska i ett isolerat system. Med andra ord, i vilket system som helst som ?r helt avskuret fr?n omv?rlden kan oordning inte spontant minska: den kan bara ?ka eller i extrema fall f?rbli p? samma niv?.

Om du l?gger en isbit i ett varmt l?st rum kommer den att sm?lta efter ett tag. Den resulterande vattenp?len i det h?r rummet kommer dock aldrig att bryta tillbaka till en isbit p? egen hand. ?ppna parfymflaskan d?r, och lukten kommer att spridas i hela rummet. Men ingenting kommer f? honom att ?terv?nda till flaskan. T?nd ett ljus d?r s? brinner det ut, men ingenting f?r r?ken att f?rvandlas till ett ljus igen. Alla dessa processer ?r riktade och irreversibla. Anledningen till s?dan irreversibilitet av processerna som inte bara sker i detta rum, utan i hela universum, ligger just i termodynamikens andra lag.

Denna lag ?r dock, trots all sin skenbara enkelhet, en av den klassiska fysikens sv?raste och ofta missf?rst?dda lagar. Faktum ?r att det i hans formulering finns ett ord som ibland ?gnas otillr?cklig uppm?rksamhet - ordet "isolerad". Enligt termodynamikens andra lag kan entropi (kaos) inte minska endast i isolerade system. Detta ?r lagen. Men i andra system ?r detta inte l?ngre en lag, och entropin i dem kan antingen ?ka eller minska.

Vad ?r ett isolerat system? L?t oss titta p? vilka typer av system ur termodynamikens synvinkel generellt existerar:

· ?ppna. Det ?r system som utbyter materia (och m?jligen ?ven energi) med omv?rlden. Exempel: bil (f?rbrukar bensin, luft, genererar v?rme).

· St?ngd. Det ?r system som inte byter materia med omv?rlden, utan kan byta energi med den. Exempel: rymdfarkost (f?rseglad, men absorberar solenergi med solpaneler).

· Isolerad (st?ngd). Det ?r system som inte byter vare sig materia eller energi med omv?rlden. Exempel: termos (f?rsluten och h?ller v?rmen).

Som vi noterade ?r termodynamikens andra lag endast till?mplig p? den tredje av de listade typerna av system.

F?r att illustrera, l?t oss p?minna om ett system som best?r av ett l?st varmt rum och en isbit som sm?lte i det. I det ideala fallet motsvarade detta ett isolerat system, och dess entropi ?kade i detta fall. Men l?t oss nu f?rest?lla oss att det ?r v?ldigt kallt ute, och vi ?ppnade f?nstret. Systemet blev ?ppet: kall luft b?rjade komma in i rummet, temperaturen i rummet sj?nk under noll och v?r isbit, som tidigare hade f?rvandlats till en p?l, fr?s igen.

I verkliga livet ?r inte ens ett l?st rum ett isolerat system, eftersom glas och till och med tegelstenar faktiskt sl?pper igenom v?rme. Och v?rme, som vi noterade ovan, ?r ocks? en form av energi. D?rf?r ?r det l?sta rummet egentligen inte ett isolerat, utan ett slutet system. ?ven om vi t?tar alla f?nster och d?rrar, kommer v?rmen fortfarande gradvis att l?mna rummet, det kommer att frysa och v?r p?l f?rvandlas ocks? till is.

Ett annat liknande exempel ?r frysrummet. S? l?nge frysen ?r avst?ngd ?r dess temperatur densamma som rumstemperaturen. Men s? fort du ansluter den till n?tverket b?rjar den svalna och entropin i systemet b?rjar minska. Detta blir m?jligt eftersom ett s?dant system har blivit st?ngt, det vill s?ga det f?rbrukar energi fr?n omgivningen (i detta fall elektrisk).

Det ?r anm?rkningsv?rt att i det f?rsta fallet (ett rum med en isbit) gav systemet energi till milj?n, och i det andra fallet (ett rum med en frys), tv?rtom, fick det det. Entropin i b?da systemen minskade dock. Detta betyder att f?r att termodynamikens andra lag ska upph?ra att fungera som en of?r?nderlig lag, i det allm?nna fallet ?r det inte riktningen f?r energi?verf?ringen som spelar roll, utan sj?lva faktumet av en s?dan ?verf?ring mellan systemet och omgivningen. v?rld.

EXEMPEL P? ENTROPI-FALL I ICKE-LEVANDE NATUR. Exemplen p? system som diskuterats ovan skapades av m?nniskan. Finns det exempel p? en minskning av entropi i den livl?sa naturen, utan sinnets deltagande? Ja, hur mycket du vill.

Om du ?r smart och l?gger ner lite tid kan du komma ih?g och skriva ner tusentals liknande exempel. Det ?r viktigt att notera att i m?nga av de listade fallen ?r minskningen av entropi inte en isolerad olycka, utan ett m?nster - tendensen till det ?r inneboende i sj?lva konstruktionen av s?dana system. S? det h?nder varje g?ng de r?tta f?ruts?ttningarna uppst?r, och det kan p?g? under v?ldigt l?ng tid – s? l?nge de f?ruts?ttningarna finns. Alla dessa exempel kr?ver inte komplicerade mekanismer som minskar entropin, och inte heller sinnets ingripande.

Naturligtvis, om systemet inte ?r isolerat, ?r det inte alls n?dv?ndigt att entropin i det minskar. Snarare tv?rtom ?r det ?kningen av entropin som sker spontant oftare, det vill s?ga ?kningen av kaos. Vi ?r i alla fall vana vid att allt som l?mnas utan tillsyn eller sk?ts i regel f?rs?mras och blir oanv?ndbart och inte f?rb?ttras. Man kan till och med s?ga att detta ?r en viss grundl?ggande egenskap hos den materiella v?rlden - ?nskan om spontan degradering, den allm?nna tendensen till en ?kning av entropin.

I detta undernummer har det emellertid visat sig att denna allm?nna trend endast g?ller i isolerade system. I andra system ?r ?kningen av entropi inte en lag - allt beror p? egenskaperna hos ett visst system och de f?rh?llanden under vilka det ?r bel?get. Termodynamikens andra lag kan per definition inte till?mpas p? dem. ?ven om entropin ?kar i n?gra av de ?ppna eller slutna systemen, s? ?r detta inte uppfyllandet av termodynamikens andra lag, utan bara en manifestation av den allm?nna tendensen till en ?kning av entropin, som ?r karakteristisk f?r den materiella v?rlden som helhet, men l?ngt ifr?n absolut.

N?r en entusiastisk observat?r tittar p? stj?rnhimlen, liksom n?r en erfaren astronom tittar p? den genom ett teleskop, kan b?da observera inte bara dess sk?nhet, utan ocks? den fantastiska ordningen som r?der i detta makrokosmos.

Kan denna ordning dock anv?ndas f?r att bevisa att Gud skapade universum? Skulle det vara korrekt att anv?nda detta resonemang: eftersom universum inte hamnade i kaos i enlighet med termodynamikens andra lag, bevisar detta att det kontrolleras av Gud?

Du kanske ?r van att t?nka ja. Men faktiskt, tv?rtemot vad m?nga tror, nej. Mer exakt, i samband med detta ?r det m?jligt och n?dv?ndigt att anv?nda n?got olika bevis, men inte termodynamikens andra lag.

f?r det f?rsta tills universum har bevisats vara ett isolerat system. ?ven om motsatsen naturligtvis inte har bevisats, ?r det ?nd? om?jligt att otvetydigt s?ga att termodynamikens andra lag kan till?mpas p? den i allm?nhet.

Men l?t oss s?ga, isoleringen av universum som ett system kommer att bevisas i framtiden (detta ?r fullt m?jligt). Vad h?nder d??

F?r det andra, termodynamikens andra lag s?ger inte exakt vad som kommer att r?da i ett visst system - ordning eller kaos. Den andra lagen talar om i vilken riktning denna ordning eller oordning kommer att f?r?ndras - i ett isolerat system kommer kaoset att ?ka. Och i vilken riktning f?r?ndras ordningen i universum? Om vi talar om universum som helhet, ?kar kaoset (liksom entropin) i det. H?r ?r det viktigt att inte blanda ihop universum med enskilda stj?rnor, galaxer eller deras hopar. Enskilda galaxer (som v?r egen Vintergatan) kan vara mycket stabila strukturer och verkar inte brytas ned alls p? m?nga miljoner ?r. Men de ?r inte isolerade system: de utstr?lar st?ndigt energi (som ljus och v?rme) till det omgivande rummet. Stj?rnor brinner ut och s?nder st?ndigt ut materia ("solvind") till det interstell?ra rymden. P? grund av detta genomg?r universum en kontinuerlig process av omvandling av stj?rnors och galaxers strukturerade materia till kaotiskt spridd energi och gas. Och vad ?r detta om inte en ?kning av entropin?

Dessa nedbrytningsprocesser sker naturligtvis i en mycket l?ngsam takt, s? vi verkar inte k?nna dem. Men om vi kunde observera dem i en mycket accelererad takt - s?g en biljon g?nger snabbare, d? skulle en mycket dramatisk bild av stj?rnornas f?delse och d?d utvecklas framf?r v?ra ?gon. Det ?r v?rt att komma ih?g att den f?rsta generationen stj?rnor som har funnits sedan universums b?rjan redan har d?tt. Enligt kosmologer best?r v?r planet av resterna av existensen och explosionen av en en g?ng utbr?nd stj?rna; som ett resultat av s?dana explosioner bildas alla tunga kemiska grund?mnen.

D?rf?r, om vi betraktar universum som ett isolerat system, ?r termodynamikens andra lag i det som helhet uppfyllt, b?de tidigare och idag. Detta ?r en av de lagar som fastst?llts av Gud, och d?rf?r fungerar den i universum p? samma s?tt som andra fysiska lagar.

Trots vad som har sagts ovan finns det m?nga ?verraskande saker i universum som ?r kopplade till den ordning som r?der i det, bara det beror inte p? termodynamikens andra lag, utan p? andra sk?l.

S? i tidskriften "Newsweek" (utg?va av 11/09/98) ?verv?gdes vilka slutsatser uppt?ckterna leder oss till ang?ende skapandet av universum. Det stod att fakta "vittnar om ursprunget till energi och r?relse ex nihilo, det vill s?ga fr?n ingenting, genom en kolossal explosion av ljus och energi, som snarare motsvarar beskrivningen av [den bibliska boken] Genesis." Var uppm?rksam p? hur tidningen Newsweek f?rklarade likheten mellan universums f?delse och den bibliska beskrivningen av denna h?ndelse.

Tidningen skriver: "De krafter som frigjordes var – och ?r fortfarande – f?rv?nansv?rt (underbart?) balanserade: om Big Bang hade varit lite mindre kraftfull skulle universums expansion ha varit l?ngsammare, och snart (om n?gra miljoner ?r) eller inom n?gra minuter - i alla fall snart ) skulle v?nda processen och kollaps skulle intr?ffa. Om explosionen var lite starkare skulle universum kunna f?rvandlas till en f?r s?llsynt "flytande soppa" och bildandet av stj?rnor skulle vara om?jligt. Chanserna f?r v?r existens var bokstavligen astronomiskt sm?. F?rh?llandet mellan materia och energi till volymen av rymden vid Big Bang borde ha h?llit sig inom en kvadriljon procent av det ideala f?rh?llandet.

Newsweek f?reslog att det fanns n?gon som kontrollerade skapandet av universum, som visste: "ta bort ens en grad (som n?mnts ovan, felmarginalen var en kvadrilliondel av en procent), ... och resultatet skulle inte bara bli disharmoni, men evig entropi och is.

Astrofysikern Alan Lightman erk?nde, "Det faktum att universum skapades p? ett s? mycket organiserat s?tt ?r ett mysterium [f?r forskare]." Han tillade att "alla kosmologiska teorier som p?st?r sig vara framg?ngsrika s? sm?ningom kommer att beh?va f?rklara detta entropimysterium": varf?r universum inte hamnade i kaos. Uppenbarligen kan en s? l?g sannolikhet f?r en korrekt utveckling av h?ndelser inte vara en olycka. (Citerat i Vakna!, nummer 22/6/99, s. 7.)

Som n?mnts ovan ?r popul?ra teorier bland kreationister att termodynamikens andra lag bevisar om?jligheten av spontan uppkomst av liv fr?n livl?s materia. Tillbaka i slutet av 1970-talet och b?rjan av 1980-talet publicerade Institute for Creation Research en bok om detta ?mne och f?rs?kte till och med korrespondera med USSR Academy of Sciences i denna fr?ga (korrespondensen misslyckades).

Men, som vi s?g ovan, fungerar termodynamikens andra lag endast i isolerade system. Jorden ?r dock inte ett isolerat system, eftersom den st?ndigt tar emot energi fr?n solen och omv?nt ger den till rymden. Och en levande organism (?ven till exempel en levande cell) byter dessutom med milj?n och materia. D?rf?r ?r termodynamikens andra lag inte till?mplig p? denna fr?ga per definition.

Det n?mndes ocks? ovan att den materiella v?rlden har en viss generell tendens till ?kad entropi, p? grund av vilken saker oftare f?rst?rs och hamnar i kaos ?n vad som skapas. Men som vi har noterat ?r det inte en lag. Dessutom, om vi bryter oss bort fr?n det f?r oss bekanta makrokosmos och kastar oss in i mikrokosmos - v?rlden av atomer och molekyler (n?mligen, fr?n vilken, som det antas, livet b?rjade), s? kommer vi att se att det ?r mycket l?ttare att v?nda entropiprocesserna ?kar i den. Ibland r?cker det med en blind, okontrollerad st?t f?r att systemets entropi ska b?rja minska. V?r planet ?r verkligen full av exempel p? s?dana influenser: solstr?lning i atmosf?ren, vulkanisk v?rme p? havets botten, vind p? jordens yta och s? vidare. Och som ett resultat av dem flyter m?nga processer redan i motsatt, "ogynnsam" riktning f?r dem, eller s? blir den motsatta riktningen "gynnsam" f?r dem (se exempel ovan i underrubriken "Exempel p? minskande entropi i livl?s natur"). D?rf?r kan inte ens v?r allm?nna tendens att ?ka entropin till?mpas p? livets uppkomst som en absolut regel: det finns f?r m?nga undantag fr?n det.

Naturligtvis betyder det ovanst?ende inte att eftersom termodynamikens andra lag inte f?rbjuder spontan generering av liv, s? kunde livet ha uppst?tt av sig sj?lvt. Det finns m?nga andra saker som g?r en s?dan process om?jlig eller extremt osannolik, men de ?r inte l?ngre relaterade till termodynamiken och dess andra lag.

Till exempel lyckades forskare under artificiella f?rh?llanden f? flera typer av aminosyror genom att imitera de f?rv?ntade f?rh?llandena i jordens prim?ra atmosf?r. Aminosyror ?r ett slags byggstenar i livet: i levande organismer byggs proteiner (proteiner) av dem. De proteiner som ?r n?dv?ndiga f?r livet best?r dock av hundratals, och ibland tusentals, aminosyror, sammankopplade i en strikt sekvens och lagda p? ett speciellt s?tt i en speciell form (se bilden till h?ger). Om du kopplar aminosyror i en slumpm?ssig ordning, kommer sannolikheten att skapa endast ett relativt enkelt funktionellt protein att vara f?rsumbar - s? liten att denna h?ndelse aldrig kommer att intr?ffa. Att erk?nna deras slumpm?ssiga f?rekomst ?r ungef?r detsamma som att, efter att ha hittat flera tegelliknande stenar i bergen, h?vda att stenhuset som stod i n?rheten var slumpm?ssigt bildat av samma stenar under p?verkan av naturliga processer.

? andra sidan, f?r existensen av liv r?cker det inte heller med proteiner ensamma: inte mindre komplexa DNA- och RNA-molekyler kr?vs, vars slumpm?ssiga f?rekomst ocks? ?r otroligt. DNA ?r i huvudsak ett gigantiskt lager av strukturerad information som kr?vs f?r att g?ra proteiner. Den betj?nas av ett helt komplex av proteiner och RNA, som kopierar och korrigerar denna information och anv?nder den "f?r produktions?ndam?l". Allt detta ?r ett enda system, vars komponenter separat inte ?r meningsfulla, och ingen av dem kan tas bort fr?n det. Man beh?ver bara b?rja f?rdjupa sig djupare i strukturen av detta system och principerna f?r dess funktion f?r att f?rst? att den briljanta designern arbetade med dess skapelse.

?r termodynamikens andra lag f?renlig med tron p? en Skapare i allm?nhet? Inte bara med det faktum att han finns, utan med det faktum att han skapade universum och livet p? jorden (1 Moseboken 1:1–27; Uppenbarelseboken 4:11); att han lovade att jorden skulle finnas f?r alltid (Psalm 104:5), vilket betyder att b?de solen och universum kommer att vara eviga i en eller annan form; att m?nniskor kommer att leva f?r evigt i himlen p? jorden och aldrig kommer att d? (Psalm 36:29; Matteus 25:46; Uppenbarelseboken 21:3, 4)?

Vi kan med s?kerhet s?ga att tron p? termodynamikens andra lag ?r fullt f?renlig med tron p? Skaparen och hans l?ften. Och anledningen till detta ligger i sj?lva formuleringen av denna lag: "i ett isolerat system kan entropin inte minska." Varje isolerat system f?rblir isolerat bara s? l?nge som ingen st?r dess arbete, inklusive Skaparen. Men s? snart han ingriper och skickar en del av sin outt?mliga kraft till det, kommer systemet att upph?ra att vara isolerat, och termodynamikens andra lag kommer att upph?ra att verka i det. Detsamma kan s?gas om den mer allm?nna tendensen till en ?kning av entropin, som vi talade om ovan. Ja, det ?r uppenbart att n?stan allt som finns omkring oss – fr?n atomer till universum – har en tendens till f?rst?relse och nedbrytning ?ver tid. Men Skaparen har den n?dv?ndiga styrkan och visdomen f?r att stoppa alla nedbrytningsprocesser och till och med v?nda dem n?r Han anser det n?dv?ndigt.

Vilka processer framst?lls vanligtvis av m?nniskor som om?jligg?r evigt liv?

· Om n?gra miljarder ?r slocknar solen. Detta skulle ha h?nt om Skaparen aldrig hade blandat sig i hans verk. Men han ?r universums skapare och har kolossal energi, tillr?ckligt f?r att h?lla solen brinnande f?r alltid. Till exempel, genom att spendera energi, kan den v?nda p? de k?rnreaktioner som ?ger rum p? solen, som om den fyller den med br?nsle i flera miljarder ?r till, och ?ven fylla p? de volymer av materia som solen f?rlorar i form av solvinden.

· F?rr eller senare kommer jorden att kollidera med en asteroid eller ett svart h?l. Oavsett hur liten sannolikheten ?r f?r detta, s? existerar det, och d?rf?r skulle det under loppet av evigheten verkligen bli verklighet. Men Gud kan, med sin kraft, skydda jorden fr?n all skada i f?rv?g, helt enkelt f?rhindra att s?dana farliga f?rem?l n?rmar sig v?r planet.

· M?nen kommer att flyga bort fr?n jorden, och jorden kommer att bli obeboelig. M?nen stabiliserar lutningen av jordens axel, tack vare vilken klimatet p? den h?lls mer eller mindre konstant. M?nen r?r sig gradvis bort fr?n jorden, vilket g?r att axellutningen i framtiden kan f?r?ndras och klimatet blir outh?rdligt. Men Gud har naturligtvis den n?dv?ndiga kraften att f?rhindra s?dana katastrofala f?r?ndringar och h?lla M?nen i sin bana d?r Han finner l?mpligt.

Det r?der ingen tvekan om att saker i den materiella v?rlden ?r ben?gna att ?ldras, f?rs?mras och f?rst?ras. Men vi m?ste komma ih?g att Gud sj?lv skapade v?rlden p? detta s?tt. Och s? var det en del av hans plan. V?rlden var inte designad f?r att existera f?r evigt utanf?r Gud. Tv?rtom, den skapades f?r att existera f?r evigt under Guds kontroll. Och eftersom Gud hade b?de visdom och makt att skapa v?rlden, har vi ingen anledning att tvivla p? att han har samma kraft och visdom att ta hand om sin skapelse f?r alltid och h?lla allt i den under sin kontroll.

F?ljande bibelverser f?rs?krar oss att solen, m?nen, jorden och m?nniskorna kommer att existera f?r alltid:
· « De kommer att frukta dig s? l?nge solen och m?nen existerar - fr?n generation till generation» (Psalm 72:5)
· « [Jorden] ska inte skaka f?r evigt, f?r alltid» (Psalm 104:5)
· « De r?ttf?rdiga kommer att ?rva jorden och leva p? den f?r evigt» (Psalm 37:29)

D?rf?r hindrar ingenting oss fr?n att samtidigt tro p? termodynamikens andra lag och betrakta den som en korrekt vetenskaplig princip, och samtidigt vara djupt religi?sa m?nniskor och v?nta p? uppfyllelsen av alla Guds l?ften som finns nedtecknade i Bibeln.

S?, om du ?r troende, vilken av de religi?sa grupperna som n?mns i b?rjan av artikeln skulle du l?gga din r?st till? Till deltagarna i den ovan beskrivna demonstrationen av kristna konservativa som kr?ver avskaffandet av termodynamikens andra lag? Eller till kreationister som anv?nder denna lag som bevis p? att Gud har skapat livet? Jag ?r f?r ingen.

De flesta troende tenderar att f?rsvara sin tro p? ett eller annat s?tt, och vissa anv?nder vetenskapens data f?r detta, vilket till stor del bekr?ftar Skaparens existens. Det ?r dock viktigt f?r oss att komma ih?g en allvarlig biblisk princip: "vi ... vill vara ?rliga i allt" (Hebr 13:18). D?rf?r skulle det naturligtvis vara fel att anv?nda n?gra felaktiga argument f?r att bevisa Guds existens.

Som vi har sett fr?n denna artikel kan termodynamikens andra lag inte anv?ndas som ett bevis p? Guds existens, precis som Guds existens eller icke-existens inte bevisar eller motbevisar termodynamikens andra lag. Den andra lagen ?r helt enkelt inte direkt relaterad till fr?gan om Skaparens existens, liksom den stora majoriteten av andra fysiska lagar (till exempel lagen om universell gravitation, lagen om bevarande av momentum, lagen om Arkimedes, eller alla andra termodynamiska principer).

Guds skapelser f?rser oss med ett stort antal ?vertygande bevis, s?v?l som indicier om Skaparens existens. D?rf?r, om n?got av p?st?endena som vi tidigare anv?nde som bevis visade sig vara felaktiga, b?r du inte vara r?dd f?r att v?gra det f?r att bara anv?nda ?rliga argument f?r att f?rsvara din tro.