Ma'lumki, termodinamikaning birinchi qonuni termodinamik jarayonlarda energiyaning saqlanish qonunini aks ettiradi, lekin u jarayonlarning yo'nalishi haqida tasavvurga ega emas. Bundan tashqari, siz birinchi qonunga zid bo'lmagan ko'plab termodinamik jarayonlarni o'ylab topishingiz mumkin, lekin aslida bunday jarayonlar mavjud emas. Termodinamikaning ikkinchi qonuni (boshlanishi) mavjudligi ma'lum bir jarayonning imkoniyatini o'rnatish zarurati bilan bog'liq. Bu qonun termodinamik jarayonlarning oqim yo'nalishini belgilaydi. Termodinamikaning ikkinchi qonunini shakllantirishda entropiya va Klauzius tengsizligi tushunchalaridan foydalaniladi. Bunday holda, termodinamikaning ikkinchi qonuni, agar jarayon qaytarilmas bo'lsa, yopiq tizim entropiyasining o'sish qonuni sifatida ifodalanadi.

Termodinamikaning ikkinchi qonuni bayonlari

Agar jarayon yopiq sistemada sodir bo'lsa, u holda bu tizimning entropiyasi kamaymaydi. Formula shaklida termodinamikaning ikkinchi qonuni quyidagicha yoziladi:

bu erda S - entropiya; L - tizim bir holatdan ikkinchi holatga o'tadigan yo'l.

Termodinamikaning ikkinchi qonunining ushbu formulasida ko'rib chiqilayotgan tizim yopiq bo'lishi kerakligiga e'tibor berish kerak. Ochiq tizimda entropiya siz xohlagancha harakat qilishi mumkin (va kamayadi, ko'payadi va doimiy bo'lib qoladi). Qaytariladigan jarayonlarda yopiq tizimda entropiya o'zgarmasligini unutmang.

Qaytarib bo'lmaydigan jarayonlar jarayonida yopiq tizimda entropiyaning o'sishi termodinamik tizimning ehtimolligi past bo'lgan holatlardan yuqori ehtimolli holatlarga o'tishidir. Taniqli Boltsman formulasi termodinamikaning ikkinchi qonunining statistik talqinini beradi:

bu yerda k - Boltsman doimiysi; w - termodinamik ehtimollik (tizimning ko'rib chiqilgan makroholatini amalga oshirish mumkin bo'lgan usullar soni). Demak, termodinamikaning ikkinchi qonuni - bu termodinamik tizimni tashkil etuvchi molekulalarning issiqlik (xaotik) harakati qonuniyatlarini tavsiflash bilan bog'liq bo'lgan statistik qonun.

Termodinamikaning ikkinchi qonunining boshqa formulalari

Termodinamikaning ikkinchi qonunining boshqa bir qator formulalari mavjud:

1) Kelvin formulasi: dumaloq jarayonni yaratish mumkin emas, uning natijasi faqat isitgichdan olingan issiqlikni ishga aylantirish bo'ladi. Termodinamikaning ikkinchi qonunining bu formulasidan shunday xulosaga keladiki, ikkinchi turdagi abadiy harakat mashinasini yaratish mumkin emas. Bu shuni anglatadiki, vaqti-vaqti bilan ishlaydigan issiqlik dvigatelida isitgich, ishchi suyuqlik va muzlatgich bo'lishi kerak. Bunday holda, ideal issiqlik dvigatelining samaradorligi Karno siklining samaradorligidan katta bo'lishi mumkin emas:

isitgichning harorati qayerda; - muzlatgichning harorati; ( title="(!LANG: QuickLaTeX.com tomonidan ko'rsatilgan" height="15" width="65" style="vertical-align: -3px;">).!}

2) Klauziusning formulasi: Aylanma jarayonni yaratish mumkin emas, buning natijasida harorat pastroq bo'lgan jismdan yuqori haroratli jismga faqat issiqlik o'tishi sodir bo'ladi.

Termodinamikaning ikkinchi qonuni energiya uzatishning ikki shakli (ish va issiqlik) o'rtasidagi sezilarli farqni ko'rsatadi. Bu qonundan kelib chiqadiki, tananing tartibli harakatining, umuman olganda, tana va atrof-muhit molekulalarining tartibsiz harakatiga o'tishi qaytarilmas jarayondir. Bunday holda, tartibli harakat qo'shimcha (kompensator) jarayonlarsiz xaotik harakatga aylanishi mumkin. Vaholanki, tartibsiz harakatning tartibli harakatga o'tishi kompensatsiya jarayoni bilan birga bo'lishi kerak.

Muammoni hal qilishga misollar

MISOL 1

2-MISA

Termodinamikaning ikkinchi qonuni(termodinamikaning ikkinchi qonuni) termodinamik tizimning holatiga bog?liq bo?lgan entropiya mavjudligini o?rnatadi va mutlaq termodinamik harorat tushunchasini, ya'ni “ikkinchi qonun entropiya qonuni” va uning xossalarini kiritadi. Izolyatsiya qilingan tizimda entropiya o'zgarishsiz qoladi yoki ortib boradi (muvozanatsiz jarayonlarda), termodinamik muvozanatga erishilganda maksimal darajaga etadi ( ortib borayotgan entropiya qonuni). Adabiyotlarda topilgan termodinamikaning ikkinchi qonunining turli formulalari entropiya o'sishining umumiy qonunining alohida ifodasidir.

Termodinamikaning ikkinchi qonuni termometrik xususiyat va uni o'lchash usulini tanlashda o'zboshimchalik bilan bog'liq bo'lmagan ratsional harorat shkalasini qurishga imkon beradi.

Birgalikda birinchi va ikkinchi tamoyillar fenomenologik termodinamikaning asosini tashkil qiladi, bu ikki tamoyilning rivojlangan oqibatlari tizimi sifatida qaralishi mumkin. Shu bilan birga, termodinamik tizimda birinchi qonun tomonidan ruxsat etilgan barcha jarayonlardan ikkinchi qonun bizga haqiqatda mumkin bo'lgan narsalarni ajratib ko'rsatishga va o'z-o'zidan sodir bo'ladigan jarayonlar oqimining yo'nalishini, shuningdek termodinamikdagi muvozanat mezonlarini aniqlashga imkon beradi. tizimlari

Entsiklopedik YouTube

1 / 5

? Issiqlik texnikasi asoslari. Termodinamikaning ikkinchi qonuni. Entropiya. Nernst teoremasi.

? TERMOD?NAMIKANING BIRINCHI VA IKKINCHI QONUNLARI

? Fizika. Termodinamika: Termodinamikaning birinchi qonuni. Foxford Onlayn o'quv markazi

? Ma'ruza 5. Termodinamikaning II qonuni. Entropiya. Kimyoviy muvozanat

? Termodinamikaning birinchi qonuni. Ichki energiya

Subtitrlar

Hikoya

Termodinamikaning ikkinchi qonuni issiqlik dvigatellarining ish nazariyasi sifatida paydo bo'lib, u issiqlikning ishga aylanishi maksimal samaraga erishish shartlarini belgilaydi. Termodinamikaning ikkinchi qonunini tahlil qilish shuni ko'rsatadiki, bu ta'sirning kichik qiymati - ishlash koeffitsienti (COP) - issiqlik dvigatellarining texnik jihatdan nomukammalligi bilan emas, balki issiqlikning energiya uzatish usuli sifatidagi o'ziga xosligi bilan bog'liq. hajmiga cheklovlar qo'yadi. Birinchi marta issiqlik dvigatellarining ishlashini nazariy tadqiqotlar fransuz muhandisi Sadi Karno tomonidan amalga oshirildi. U issiqlik dvigatellarining samaradorligi termodinamik tsiklga va ishchi suyuqlikning tabiatiga bog'liq emas, balki butunlay tashqi manbalarga - isitgich va muzlatgichga bog'liq degan xulosaga keldi. Karnoning ishi issiqlik va ishning ekvivalentligi printsipi kashf etilishidan va energiyaning saqlanish qonunining umumjahon tan olinishidan oldin yozilgan. Karno o'z xulosalarini ikkita qarama-qarshi asosga asosladi: tez orada rad etilgan kaloriya nazariyasi va gidravlik analogiya. Bir muncha vaqt o'tgach, R.Klauzius va V.Tomson-Kelvin Karno teoremasini energiyaning saqlanish qonuni bilan kelishib, termodinamikaning ikkinchi qonunining hozirgi mazmuniga asos soldi.

Karno teoremasini asoslash va ikkinchi qonunni yanada qurish uchun yangi postulat kiritish kerak edi.

Termodinamikaning ikkinchi qonuni postulatining eng keng tarqalgan formulalari

Klauziusning postulati (1850):

Issiqlik o'z-o'zidan sovuqroq jismdan issiqroq jismga o'tishi mumkin emas..

M. Plank tomonidan tuzilgan Tomson-Kelvin postulati (1852):

Vaqti-vaqti bilan ishlaydigan mashinani qurish mumkin emas, uning butun faoliyati og'irlikni ko'tarish va issiqlik rezervuarini sovutish uchun kamayadi.

Mashinaning ishlash chastotasini ko'rsatish juda muhim, chunki bu mumkin aylana bo'lmagan jarayon, uning yagona natijasi issiqlik rezervuaridan olingan ichki energiya hisobiga ishning olinishi bo'ladi. Ushbu jarayon Tomson-Kelvin postulatiga zid emas, chunki jarayon aylana bo'lmagan va shuning uchun mashina vaqti-vaqti bilan ishlamaydi. Mohiyatan Tomson postulati bitmas-tuganmas manbadan issiqlikni olib, uzluksiz ishlashga qodir, ikkinchi turdagi mangu harakat mashinasini yaratishning mumkin emasligi haqida gapiradi. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, issiqlik dvigatelini amalga oshirish mumkin emas, uning yagona natijasi issiqlikni kompensatsiyasiz, ya'ni issiqlikning bir qismini boshqa jismlarga o'tkazmasdan va shu tariqa ish uchun qaytarib bo'lmaydigan darajada yo'qotmasdan ishlashga aylanishi mumkin. .

Klauzius va Tomson postulatlarining ekvivalent ekanligini isbotlash oson. Dalil aksincha keladi.

Faraz qilaylik, Klauziusning postulati bajarilmagan. Ish moddasi tsikl davomida issiq manbadan ma'lum miqdorda issiqlik olgan issiqlik dvigatelini ko'rib chiqaylik Q 1 (\displaystyle Q_(1)), sovuq manbaga issiqlik miqdori va ishlab chiqarilgan ish berdi. Taxminlarga ko'ra, Klauziusning postulati to'g'ri emas, biz iliqlik bilan aytishimiz mumkin Q 2 (\displaystyle Q_(2)) atrof-muhitni o'zgartirmasdan issiq buloqqa qaytish. Natijada, sovuq manbaning holati o'zgarmadi, issiq manba ishchi moddaga issiqlik miqdorini berdi Q 2 - Q 1 (\displaystyle Q_(2)-Q_(1)) va bu issiqlik tufayli mashina ishni bajardi A = Q 1 - Q 2 (\displaystyle A=Q_(1)-Q_(2)), bu Tomson postulatiga ziddir.

Klausius va Tomson-Kelvinning postulatlari har qanday hodisaning ehtimolini inkor etish sifatida tuzilgan, ya'ni. taqiqlash postulatlari kabi. Taqiqlash postulatlari entropiyaning mavjudligi printsipini asoslashning mazmuni va zamonaviy talablariga mutlaqo mos kelmaydi va entropiyaning ko'payishi printsipini asoslash vazifasini to'liq qondirmaydi, chunki ular ma'lum bir yo'nalishni ko'rsatishi kerak. tabiatda kuzatilayotgan qaytarilmas hodisalar, balki ularning qarama-qarshi oqimining ehtimolini inkor etish emas.

• Plank postulati (1926):

Ishqalanish natijasida issiqlik hosil bo'lishi qaytarilmasdir.

Plank postulati issiqlikning to'liq ishga aylanish imkoniyatini inkor etish bilan bir qatorda, ishning to'liq issiqlikka aylanishi mumkinligi haqidagi bayonotni o'z ichiga oladi.

Klassik termodinamikaning ikkinchi qonunining zamonaviy formulasi.

Termodinamikaning ikkinchi qonuni - har qanday muvozanat tizimining ma'lum bir holat funktsiyasi - entropiya va uning izolyatsiyalangan va adiabatik izolyatsiya qilingan tizimlardagi hech qanday jarayonlarda kamaymasligi haqidagi ta'kidlash.

Boshqacha qilib aytganda, termodinamikaning ikkinchi qonuni entropiyaning mavjudligi va ortishining yagona printsipi.

Entropiyaning mavjudligi printsipi- klassik termodinamikaning ikkinchi qonunining jismlar (termodinamik tizimlar) holatining ma'lum bir funktsiyasi mavjudligi haqidagi bayonoti - entropiya S (\displaystyle S), uning differensiali umumiy differensialdir d S (\displaystyle dS), va teskari jarayonlarda tashqi tomondan beriladigan issiqlikning elementar miqdori nisbati sifatida aniqlanadi. d Q rev * (\displaystyle \delta Q_(\matn(rev))^(*)) tananing (tizimning) mutlaq haroratiga T (\displaystyle T):

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

Entropiyani oshirish printsipi- klassik termodinamikaning ikkinchi qonunining izolyatsiyalangan tizimlar holatini o'zgartirishning barcha real jarayonlarida entropiyaning doimiy ortib borishi haqidagi bayonotidir. (Izolyatsiya qilingan tizimlar holatini o'zgartirishning teskari jarayonlarida ularning entropiyasi o'zgarmaydi).

D S izolyatsiyalangan >= 0 (\displaystyle dS_(\matn(izolyatsiya qilingan))\geq 0)

Klassik termodinamikaning ikkinchi qonunining matematik ifodasi:

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

Entropiyaning statistik ta'rifi

Statistik fizikada entropiya (S) (\displaystyle (S)) termodinamik tizim ehtimollik funksiyasi sifatida qaraladi (W) (\displaystyle (W)) uning holati ("Boltzman printsipi").

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

Qayerda k (\displaystyle k)- Boltsman doimiysi, W (\displaystyle W)- holatning termodinamik ehtimoli, bu makroholatni amalga oshiradigan mikroholatlar soni bilan belgilanadi.

Termodinamikaning ikkinchi qonunini asoslash usullari.

R. Klauzius usuli

Klauzius ikkinchi qonunni asoslashda ideal gazni ishchi suyuqlik sifatida ishlatib, mexanik bog?langan ikkita qaytariladigan issiqlik dvigatelining aylana jarayonlarini o?rganadi, ideal gazlar uchun Karno teoremasini (qaytariladigan Karno siklining samaradorligini ifodalash) isbotlaydi. ? = 1 - T 2 T 1 (\displaystyle \eta =1-(\frac (T_(2))(T_(1)))), va keyin Klauzius integrali deb nomlangan teoremani shakllantiradi:

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

Doiraviy integral nolga teng bo'lganligi sababli, uning integrali qandaydir holat funksiyasining to'liq differentsialidir - S (\displaystyle S), va quyidagi tenglik teskari jarayonlar uchun entropiya mavjudligi printsipining matematik ifodasidir:

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

Bundan tashqari, Klauzius qaytariladigan va qaytmas mashinalar samaradorligining tengsizligini isbotlaydi va oxir-oqibat, izolyatsiyalangan tizimlarning entropiyasi kamaymaydi degan xulosaga keladi: Klauzius yordamida termodinamikaning ikkinchi qonunini qurish bo'yicha ko'plab e'tirozlar va mulohazalar bildirildi. usuli. Mana ulardan ba'zilari:

1. Klauzius entropiyaning mavjudligi tamoyilini qurish ideal gazlar uchun qaytariladigan Karno siklining samaradorligini ifodalash bilan boshlanadi va keyin uni barcha qaytariluvchi davrlarga kengaytiradi. Shunday qilib, Klauzius Klapeyron tenglamasiga bo'ysunuvchi ideal gazlar mavjudligini bilvosita postulat qiladi. P v = R T (\displaystyle Pv=RT) va Joul qonuni u = u (t) (\displaystyle u=u(t)) .

2. Karno teoremasining asoslanishi noto'g'ri, chunki isbotlash sxemasiga qo'shimcha shart kiritiladi - mukammalroq qaytariladigan mashinaga har doim issiqlik dvigatelining roli beriladi. Biroq, agar biz sovutgich mashinasini mukammalroq mashina ekanligini qabul qilsak va Klauzius postulati o'rniga issiqlik o'z-o'zidan issiqroq jismdan sovuqroq jismga o'tishi mumkin emas degan qarama-qarshi fikrni qabul qilsak, Karno teoremasi ham xuddi shu tarzda isbotlangan bo'ladi. yo'l. Shunday qilib, xulosa shuni ko'rsatadiki, entropiyaning mavjudligi printsipi o'z-o'zidan sodir bo'ladigan jarayonlar oqimining yo'nalishiga bog'liq emas va qaytmaslik postulati entropiya mavjudligini isbotlash uchun asos bo'la olmaydi.

3. Klauziusning taqiq postulati sifatidagi postulati tabiatda kuzatilayotgan qaytarilmas hodisalar oqimining yo‘nalishini tavsiflovchi aniq bayon emas, xususan, issiqlikning issiqroq jismdan sovuqroq jismga o‘z-o‘zidan o‘tishi haqidagi bayonot, chunki ifodasi - kesib o'tolmaydi ifodaga teng emas o'tadi.

4. Statistik fizikaning qaytmaslik printsipining ehtimollik xususiyati haqidagi xulosalari va 1951 yildagi kashfiyot. bilan noodatiy (kvant) tizimlar salbiy mutlaq haroratlar, bunda o'z-o'zidan issiqlik uzatish teskari yo'nalishga ega bo'lsa, issiqlik butunlay ishga aylanishi mumkin va ish to'liq (kompensatsiyasiz) issiqlikka aylana olmaydi, Klauzius, Tomson - Kelvin va Plankning asosiy postulatlarini silkitib, ba'zilarini butunlay rad etib, jiddiy cheklovlar qo'ydi. boshqalarga.

Shiller-Karateodor usuli

20-asrda N. Shiller, K. Karateodori, T. Afanasyeva - Erenfest, A. Guxman va N.I. Belokon, termodinamikaning ikkinchi qonunini asoslashda yangi aksiomatik yo'nalish paydo bo'ldi. Ma'lum bo'lishicha, entropiyaning mavjudligi printsipi tabiatda kuzatilayotgan real jarayonlarning yo'nalishidan qat'i nazar, asoslanishi mumkin, ya'ni. qaytmaslik printsipidan kelib chiqadi va mutlaq harorat va entropiyani aniqlash uchun, Helmgolts ta'kidlaganidek, aylana jarayonlarini hisobga olish ham, ideal gazlar mavjudligini taxmin qilish ham talab qilinmaydi. 1909 yilda taniqli nemis matematigi Konstantin Karateodoriy asarini nashr etdi, unda u entropiyaning mavjudligi printsipini haqiqiy termodinamik tizimlarning holatlarini o'rganish natijasida emas, balki identifikatsiyalarni matematik jihatdan ko'rib chiqish asosida asosladi. differensial polinom sifatida qaytariladigan issiqlik uzatish (Pfaff shakllari). Bundan oldinroq, asrning boshida N. Shiller shunga o'xshash inshootlarga kelgan, ammo 1928 yilda T. Afanas'eva-Ehrenfest ularga e'tibor bermaguncha, uning ishlari e'tibordan chetda qoldi.

Karateodoriya postulati (adiabatik erisha olmaslik postulati).

Tizimning har bir muvozanat holatiga yaqin uning holatiga qaytish mumkin bo'lgan adiabatik jarayon yordamida erishib bo'lmaydi.

Karateodor teoremasi shuni ko'rsatadi agar Pfaff differensial polinomi biror nuqtaga ixtiyoriy yaqinlikda yo'l bo'ylab ketma-ket harakatlar bilan erishib bo'lmaydigan boshqa nuqtalar mavjudligi xususiyatiga ega bo'lsa, u holda bu ko'phadning integral bo'luvchilari va tenglamalar mavjud. ? X i d x i = 0 (\displaystyle \sum X_(i)dx_(i)=0).

M.Plank Karateodor usulini tanqid qilgan. Karateodoriya postulati, uning fikricha, aniq va ravshan aksiomalardan biri emas: “Unda keltirilgan bayonot umuman tabiiy jarayonlarga taalluqli emas ... . Hech kim hech qachon adiabatik usulda biron bir davlatning barcha qo'shni shtatlariga erishish uchun tajriba o'tkazmagan. Plank "Ishqalanish orqali issiqlik hosil bo'lishi qaytarib bo'lmaydigan" postulatga asoslangan o'z tizimi bilan Karateodor tizimiga qarshi chiqadi, bu uning fikricha, termodinamikaning ikkinchi qonunining mazmunini yo'qotadi. Karateodor usuli esa T. Afanas'eva-Erenfestning "Qaytmaslik, bir tomonlamalik va termodinamikaning ikkinchi qonuni" (1928) asarida yuqori baholangan. Afanasyeva-Ehrenfest o'zining ajoyib maqolasida bir qator muhim xulosalarga keldi, xususan:

1. Ikkinchi qonunning asosiy mazmuni issiqlikning elementar miqdori d Q (\displaystyle \delta Q) Tizim kvazisistik jarayonda almashinadigan , sifatida ifodalanishi mumkin T d S (\displaystyle TdS), qayerda T = f (t) (\displaystyle T=f(t))- mutlaq harorat deb ataladigan haroratning universal funktsiyasi va (S) (\displaystyle (S))- tizim holati parametrlarining entropiya deb ataladigan funktsiyasi. Shubhasiz ifoda d Q = T d S (\displaystyle \delta Q=TdS) ma'noga ega entropiyaning mavjudligi printsipi.

2. Muvozanatsiz va muvozanatli jarayonlarning tubdan farqi shundaki, harorat maydonining bir jinsli emasligi sharoitida tizimning atrof-muhit bilan issiqlik almashinuvisiz boshqa entropiyaga ega bo'lgan holatga o'tishi mumkin. (Keyinchalik bu jarayon N.I. Belokon asarlarida "ichki issiqlik uzatish" yoki ishchi suyuqlikning issiqlik almashinuvi deb nomlangan.). Izolyatsiya qilingan tizimdagi nomutanosiblik jarayonining natijasi uning bir tomonlamaligidir.

3. Entropiyaning bir tomonlama o'zgarishini uning barqaror o'sishi yoki doimiy pasayishi kabi tasavvur qilish mumkin. Jismoniy shartlar - adiabatik erishib bo'lmaydigan va real jarayonlarning qaytarilmasligi kabi spontan jarayonlar oqimining ustun yo'nalishi bo'yicha hech qanday talablarni bildirmaydi.

4. Olingan xulosalarni real jarayonlar uchun eksperimental ma'lumotlar bilan uyg'unlashtirish uchun ushbu ma'lumotlarning qo'llanilishi chegaralari bilan belgilanadigan postulatni qabul qilish kerak. Ushbu postulat printsipdir entropiya ortishi.

A. Guxman, Karateodorning ishiga baho berar ekan, u “formal mantiqiy qat’iylik va matematik jihatdan mukammalligi bilan ajralib turadi... Shu bilan birga, eng katta umumiylikka erishishga intilib, Karateodor o‘z tizimiga shunday mavhum va murakkab shakl bo'lib, u o'sha davrning aksariyat fiziklari uchun deyarli imkonsiz bo'lib chiqdi. Adiabatik erishib bo'lmasligi postulati haqida Guchman ta'kidlaydiki, u fizik printsip sifatida umuminsoniy ahamiyatga ega bo'lgan nazariyaning asosi bo'la olmaydi, chunki u o'zini o'zi isbotlash xususiyatiga ega emas. "Oddiy ... tizimga nisbatan hamma narsa juda aniq ... Ammo bu aniqlik kimyoviy o'zgarishlar bilan murakkablashgan va tashqi maydonlarga ta'sir qiladigan heterojen tizimning umumiy holatida butunlay yo'qoladi". U, shuningdek, Afanasiev-Erenfestning qanchalik to'g'ri ekanligi haqida gapirib, entropiya mavjudligi muammosini real jarayonlarning qaytarilmasligi g'oyasi bilan bog'liq bo'lgan barcha narsalardan butunlay ajratish zarurligini ta'kidlaydi. Termodinamikaning asoslarini qurish haqida Guxman "entropiya mavjudligining mustaqil alohida muammosi yo'q", deb hisoblaydi. Savol boshqa barcha energiya o'zaro ta'sirlarini o'rganish tajribasi asosida ishlab chiqilgan g'oyalar doirasini termal o'zaro ta'sirga cho'zish va elementar harakatlar miqdori uchun bir xil tenglamani o'rnatish bilan yakunlanadi. d Q = P d x (\displaystyle dQ=Pdx) Bu ekstrapolyatsiya g'oyalarning o'zi tomonidan taklif qilinadi. Shubhasiz, uni juda asosli gipoteza sifatida qabul qilish uchun etarli asoslar mavjud va shuning uchun entropiya mavjudligini taxmin qiling.

N.I. Belokon o'zining "Termodinamika" monografiyasida termodinamikaning ikkinchi qonunini faqat qaytarib bo'lmaydiganlik postulati asosida entropiyaning mavjudligi va ortishining yagona printsipi sifatida asoslashga bo'lgan ko'plab urinishlarni batafsil tahlil qildi. U shuni ko'rsatdiki, bunday asoslashga urinishlar termodinamikaning hozirgi rivojlanish darajasiga to'g'ri kelmaydi va uni oqlab bo'lmaydi, birinchidan, chunki entropiya va mutlaq harorat mavjudligi haqidagi xulosa tabiat hodisalarining qaytarilmasligi bilan hech qanday aloqasi yo'q (bu funktsiyalar). Izolyatsiya qilingan tizimlar entropiyasining ortishi yoki kamayishidan qat'iy nazar mavjud), ikkinchidan, kuzatilayotgan qaytarilmas hodisalarning yo'nalishini ko'rsatish termodinamikaning ikkinchi qonunining umumiylik darajasini pasaytiradi va uchinchidan, Tomson-Plank postulatidan foydalanish. issiqlikni ishga to'liq aylantirishning mumkin emasligi salbiy mutlaq haroratga ega bo'lgan tizimlarni o'rganish natijalariga zid keladi, bunda Issiqlik butunlay ishga aylantirilishi mumkin, lekin ishni to'liq issiqlikka aylantirib bo'lmaydi. T. Afanasyeva-Ehrenfest ortidan N.I. Belokonning ta'kidlashicha, mavjudlik va entropiyaning ortishi tamoyillarining mazmuni, umumiylik darajasi va ko'lamidagi farq juda aniq:

1. Entropiyaning mavjudligi printsipidan bir qancha muhim farqlar kelib chiqadi tenglamalar termodinamik jarayonlarni va moddaning fizik xususiyatlarini o'rganishda keng qo'llaniladigan termodinamika va uning ilmiy ahamiyatini ortiqcha baholab bo'lmaydi.

2. Izolyatsiya qilingan sistemalar entropiyasini oshirish tamoyili tabiatda kuzatilayotgan hodisalarning qaytarilmas oqimi haqidagi bayonotdir. Ushbu tamoyil fizik jarayonlar va kimyoviy reaktsiyalar oqimining eng mumkin bo'lgan yo'nalishi to'g'risida qaror qabul qilishda qo'llaniladi. tengsizliklar termodinamika.

Shiller - Karateodori Belokon metodi bilan entropiyaning mavjudligi tamoyilini asoslash borasida ta'kidlaydiki, mavjudlik printsipini bu usul bilan qurishda differensialning integral bo'luvchilari mavjudligi shartlari bo'yicha Karateodor teoremasidan foydalanish mutlaqo zarur. polinomlar d Q = ? X i d x i = t d Z , (\displaystyle \delta Q=\sum X_(i)dx_(i)=\tau dZ,) ammo bu teoremadan foydalanish zarurati "juda noqulay deb tan olinishi kerak, chunki ko'rib chiqilayotgan turdagi differensial ko'phadlarning umumiy nazariyasi (Pfaff shakllari) muayyan qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi va faqat oliy matematikaga oid maxsus ishlarda keltirilgan". Ko'pgina termodinamika kurslarida Karateodor teoremasi isbotsiz beriladi yoki isbot qat'iy bo'lmagan, soddalashtirilgan shaklda beriladi. .

K. Karateodori sxemasi bo'yicha muvozanat tizimlarining entropiyasining mavjudligi printsipini qurishni tahlil qilib, N.I. Belokon haroratni bir vaqtning o'zida yoqish imkoniyati haqida mutlaqo asossiz taxmindan foydalanishga e'tibor qaratadi. t (\displaystyle t) va - muvozanat tizimining mustaqil holat o'zgaruvchilari tarkibiga kiradi va shunday xulosaga keladi: Karateodoriy postulati differensial ko‘phadlarning integral bo‘luvchilari mavjudligi uchun umumiy shartlar guruhiga ekvivalent ekanligini ? X i d x i (\displaystyle \sum X_(i)dx_(i)), lekin yetarli emas mavjudligini o'rnatish birlamchi integratsiya qiluvchi bo'luvchi t (t) = T (\displaystyle \tau (t)=T), ya'ni oqlash uchun mutlaq harorat va entropiyaning mavjudligi printsipi . Keyinchalik u shunday ta'kidlaydi: "Karateodor teoremasi asosida mutlaq harorat va entropiyaning mavjudligi printsipini qurishda bunday postulatdan foydalanish kerak, bu esa bir-biriga mos kelmasligi haqidagi teoremaga ekvivalent bo'ladi. adiabat va izoterm...” Bu tuzatilgan konstruksiyalarda postulat butunlay ortiqcha bo‘lib qoladi.Karateodoriya, chunki bu postulat adiabat va izotermaning mos kelmasligi haqidagi zarur teoremaning o‘ziga xos natijasidir.

Usul N.I. Belokony

N.I.ning usuli bo'yicha asoslashda. Belokon, termodinamikaning ikkinchi qonuni ikki tamoyilga (qonunlarga) bo'linadi:

1. Mutlaq harorat va entropiyaning mavjudligi printsipi ( termostatni ikkinchi ishga tushirish).

2. Entropiyani oshirish tamoyili ( termodinamikaning ikkinchi qonuni).

Bu tamoyillarning har biri mustaqil postulatlar asosida asoslab berildi.

• Termostatikaning ikkinchi qonuni postulati (Belokon).

Harorat o'z-o'zidan issiqlik uzatish yo'nalishini aniqlaydigan yagona davlat funktsiyasidir, ya'ni. issiqlik muvozanatida bo'lmagan jismlar va jismlarning elementlari o'rtasida bir vaqtning o'zida o'z-o'zidan (muvozanatga ko'ra) issiqlikning qarama-qarshi yo'nalishda - ko'proq isitiladigan jismlardan kamroq isitiladigan jismlarga va aksincha - o'tishi mumkin emas. .

Termostatikaning ikkinchi qonunining postulati sababiy bog'liqlikning o'ziga xos ifodasi va tabiat qonunlarining noaniqligi . Misol uchun, agar ma'lum bir tizimda issiqlik issiqroq jismdan kamroq isitiladigan jismga o'tadigan sabab bo'lsa, xuddi shu sabab issiqlikning teskari yo'nalishda o'tkazilishiga to'sqinlik qiladi va aksincha. Bu postulat qaytarilmas hodisalarning yo'nalishiga nisbatan mutlaqo nosimmetrikdir, chunki u bizning dunyomizdagi qaytarilmas hodisalarning kuzatilgan yo'nalishini - ijobiy mutlaq haroratlar dunyosini ko'rsatmaydi.

Termostatikaning ikkinchi qonunining oqibatlari:

Xulosa I. Mumkin emas bir vaqtda(musbat yoki manfiy mutlaq haroratlarning bir xil fazo-vaqt tizimida) issiqlikning ish va ishning issiqlikka to'liq o'zgarishini amalga oshirish.

Xulosa II. (adiabat va izotermaning mos kelmasligi teoremasi). Muvozanatli termodinamik tizimning izotermasida bir xil tizimning ikki xil adiabasini kesib o'tganda issiqlik uzatish nolga teng bo'lishi mumkin emas.

III xulosa (jismlarning issiqlik muvozanati teoremasi). Ikki termal bog'langan jismning muvozanatli aylana jarayonlarida (t I = t I I) (\displaystyle (t_(I)=t_(I)I)), adiabatik izolyatsiyalangan tizimni tashkil qilib, ikkala jism ham bir vaqtning o'zida o'zlarining dastlabki adiabatlariga va dastlabki holatiga qaytadi.

Termostatlarning ikkinchi qonuni postulatining oqibatlariga asoslanib, N.I. Belokon teskari va qaytmas jarayonlar uchun mutlaq harorat va entropiya mavjudligi tamoyilini qurishni taklif qildi. d Q = d Q * + Q * * T d S (\displaystyle \delta Q=\delta Q^(*)+Q^(**)TdS)

• Termodinamikaning ikkinchi qonuni postulati (entropiyani oshirish printsipi).

Termodinamikaning ikkinchi qonunining postulati ijobiy mutlaq haroratlar dunyomizdagi xarakterli hodisalardan birining yo'nalishini belgilovchi bayonot shaklida taklif etiladi:

Ish to'g'ridan-to'g'ri va to'liq aylantirilishi mumkin va ishqalanish yoki elektr isitish orqali isitiladi.

Xulosa I. Issiqlikni to'liq ishga aylantirib bo'lmaydi.(istisno qilingan Perpetuum mobile II jinsi printsipi):

i < 1 {\displaystyle \eta <1}

Xulosa II. Har qanday qaytarilmas issiqlik dvigatelining (mos ravishda dvigatel yoki muzlatgich) tashqi manbalarning berilgan haroratida samaradorligi yoki sovutish quvvati har doim bir xil manbalar o'rtasida ishlaydigan qaytariladigan mashinalarning samaradorligi yoki sovutish quvvatidan past bo'ladi.

Haqiqiy issiqlik dvigatellarining samaradorligi va sovutish qobiliyatining pasayishi jarayonlarning muvozanat oqimining buzilishi (issiqlik manbalari va ishchi suyuqlik o'rtasidagi harorat farqi tufayli muvozanat bo'lmagan issiqlik uzatish) va ishning qaytarilmas issiqlikka aylanishi bilan bog'liq. (ishqalanish yo'qotishlari va ichki qarshiliklar).

Termostatikaning ikkinchi qonunining shu xulosasi va I xulosasidan bevosita I va II turdagi Perpetuum mobilni amalga oshirishning mumkin emasligi kelib chiqadi. Termodinamikaning ikkinchi qonuni postulatiga asoslanib, klassik termodinamikaning ikkinchi qonunining matematik ifodasini entropiya mavjudligi va ortishining yagona printsipi sifatida asoslash mumkin:

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

Termodinamikaning ikkinchi qonunining bir nechta formulalari mavjud bo'lib, ularning mualliflari nemis fizigi, mexaniki va matematigi Rudolf Klauzius va ingliz fizigi va mexaniki Uilyam Tomson, Lord Kelvindir. Tashqi tomondan ular bir-biridan farq qiladi, lekin ularning mohiyati bir xil.

Klauziusning postulati

Rudolf Yuliy Emmanuel Klauzius

Termodinamikaning ikkinchi qonuni ham birinchisi kabi empirik tarzda chiqariladi. Nemis fizigi, mexaniki va matematigi Rudolf Klauzius termodinamikaning ikkinchi qonunining birinchi formulasining muallifi hisoblanadi.

« Issiqlik o'z-o'zidan sovuq jismdan issiq jismga o'tishi mumkin emas. ". Klasius "deb atagan bu bayonotni" termal aksioma”, 1850 yilda “Issiqlikning harakatlantiruvchi kuchi va undan issiqlik nazariyasi uchun olinishi mumkin bo'lgan qonunlar to'g'risida” asarida shakllantirilgan.“Albatta, issiqlik faqat yuqori haroratli jismdan past haroratli jismga o'tadi. Qarama-qarshi yo'nalishda o'z-o'zidan issiqlik uzatish mumkin emas. Buning ma'nosi Klauziusning postulati , bu termodinamikaning ikkinchi qonunining mohiyatini belgilaydi.

Qaytariladigan va qaytarilmas jarayonlar

Termodinamikaning birinchi qonuni sistema tomonidan qabul qilingan issiqlik, uning ichki energiyasining o'zgarishi va tizimning tashqi jismlar ustida bajargan ishi o'rtasidagi miqdoriy bog'liqlikni ko'rsatadi. Lekin u issiqlik uzatish yo'nalishini hisobga olmaydi. Va issiqlikni ham issiq jismdan sovuqqa, ham aksincha, o'tkazish mumkinligini taxmin qilish mumkin. Ayni paytda, aslida bunday emas. Agar ikkita jism aloqada bo'lsa, issiqlik har doim issiqroq jismdan sovuqroq jismga o'tadi. Va bu jarayon o'z-o'zidan sodir bo'ladi. Bunday holda, aloqa qiluvchi jismlarni o'rab turgan tashqi jismlarda hech qanday o'zgarishlar yuz bermaydi. Tashqaridan ish qilmasdan (tashqi kuchlarning aralashuvisiz) sodir bo'ladigan bunday jarayon deyiladi o'z-o'zidan . U bo'lishi mumkin qaytariladigan va qaytarilmas.

O'z-o'zidan sovigan issiq jism o'z issiqligini atrofdagi sovuqroq jismlarga o'tkazadi. Va sovuq tana hech qachon o'z-o'zidan qizib ketmaydi. Bu holda termodinamik tizim asl holatiga qaytolmaydi. Bunday jarayon deyiladi qaytarilmas . Qaytarib bo'lmaydigan jarayonlar faqat bitta yo'nalishda davom etadi. Tabiatdagi deyarli barcha o'z-o'zidan sodir bo'ladigan jarayonlar qaytarilmas, xuddi vaqt qaytarilmasdir.

qaytariladigan sistema bir holatdan ikkinchi holatga o'tadi, lekin oraliq muvozanat holatlari orqali teskari tartibda o'tib, dastlabki holatiga qaytishi mumkin bo'lgan termodinamik jarayon deb ataladi. Bunday holda, barcha tizim parametrlari asl holatiga tiklanadi. Qaytariladigan jarayonlar eng ko'p ish beradi. Biroq, aslida ularni amalga oshirib bo'lmaydi, ularga faqat yaqinlashish mumkin, chunki ular cheksiz sekin harakat qiladilar. Amalda bunday jarayon uzluksiz ketma-ket muvozanat holatlaridan iborat bo'lib, deyiladi kvazistatik. Barcha kvazistatik jarayonlar teskari.

Tomson (Kelvin) postulati

Uilyam Tomson, lord Kelvin

Termodinamikaning eng muhim vazifasi issiqlik yordamida eng katta ish hajmini olishdir. Ish hech qanday kompensatsiyasiz, masalan, ishqalanish yordamida osongina issiqlikka aylanadi. Ammo issiqlikni ishga aylantirishning teskari jarayoni to'liq emas va tashqaridan qo'shimcha energiya olmasdan mumkin emas.

Aytish kerakki, issiqlikni sovuqroq jismdan issiqroqqa o'tkazish mumkin. Bunday jarayon, masalan, bizning uy muzlatgichimizda sodir bo'ladi. Ammo bu o'z-o'zidan bo'lishi mumkin emas. Uning oqishi uchun bunday havoni distillaydigan kompressor bo'lishi kerak. Ya'ni, teskari jarayon (sovutish) uchun tashqaridan energiya ta'minoti talab qilinadi. " Past haroratli tanadan issiqlikni kompensatsiyasiz o'tkazish mumkin emas ».

1851 yilda ingliz fizigi va mexaniki Uilyam Tomson lord Kelvin ikkinchi qonunning boshqacha formulasini berdi. Tomson (Kelvin) postulati quyidagicha: "Hech qanday dumaloq jarayon yo'q, uning yagona natijasi issiqlik rezervuarini sovutish orqali ish ishlab chiqarish bo'ladi" . Ya'ni, tsiklik ishlaydigan dvigatelni yaratish mumkin emas, buning natijasida faqat bitta issiqlik manbai bilan o'zaro ta'siri tufayli ijobiy ish bajariladi. Axir, agar iloji bo'lsa, issiqlik dvigateli, masalan, okeanlarning energiyasidan foydalangan holda ishlashi va uni butunlay mexanik ishga aylantirishi mumkin edi. Natijada, energiyaning pasayishi tufayli okean soviydi. Ammo uning harorati atrof-muhit haroratidan past bo'lishi bilanoq, sovuqroq jismdan issiqroq jismga o'z-o'zidan issiqlik o'tkazish jarayoni sodir bo'lishi kerak edi. Ammo bunday jarayon mumkin emas. Shuning uchun issiqlik dvigatelining ishlashi uchun har xil haroratli kamida ikkita issiqlik manbasi talab qilinadi.

Ikkinchi turdagi perpetuum mobil

Issiqlik dvigatellarida issiqlik faqat issiq jismdan sovuqqa o'tganda foydali ishga aylanadi. Bunday dvigatelning ishlashi uchun unda issiqlik qabul qiluvchi (isitgich) va sovutgich (muzlatgich) o'rtasida harorat farqi hosil bo'ladi. Isitgich issiqlikni ishchi suyuqlikka (masalan, gaz) o'tkazadi. Ishchi organ kengayadi va ishlaydi. Biroq, hamma issiqlik ham ishga aylantirilmaydi. Uning bir qismi muzlatgichga o'tkaziladi va bir qismi, masalan, oddiygina atmosferaga kiradi. Keyin, ishchi suyuqlik parametrlarini asl qiymatlariga qaytarish va tsiklni qayta boshlash uchun ishchi suyuqlikni isitish kerak, ya'ni sovutgichdan issiqlikni olib, isitgichga o'tkazish kerak. Bu shuni anglatadiki, issiqlik sovuq jismdan issiqroqqa o'tkazilishi kerak. Va agar bu jarayonni tashqaridan energiya ta'minotisiz amalga oshirish mumkin bo'lsa, biz ikkinchi turdagi abadiy harakat mashinasiga ega bo'lardik. Ammo termodinamikaning ikkinchi qonuniga ko'ra, bu mumkin emasligi sababli, issiqlikni to'liq ishga aylantiradigan ikkinchi turdagi doimiy harakat mashinasini yaratish ham mumkin emas.

Termodinamikaning ikkinchi qonunining ekvivalent formulalari:

1. Jarayon mumkin emas, uning yagona natijasi tizim tomonidan qabul qilingan issiqlikning butun miqdorini ishga aylantirishdir.
2. Ikkinchi turdagi abadiy harakat mashinasini yaratish mumkin emas.

Karno printsipi

Nikolas Leonard Sadi Karnot

Ammo agar doimiy harakat mashinasini yaratishning iloji bo'lmasa, u holda issiqlik dvigatelining ishlash siklini samarali (samaradorlik koeffitsienti) maksimal bo'ladigan tarzda tashkil qilish mumkin.

1824 yilda, Klauzius va Tomson termodinamikaning ikkinchi qonunini belgilovchi postulatlarini shakllantirishdan ancha oldin, frantsuz fizigi va matematigi Nikolas Leonard Sadi Karno o'z ishini nashr etdi. "Olovning harakatlantiruvchi kuchi va bu kuchni rivojlantirishga qodir bo'lgan mashinalar haqida fikr yuritish." Termodinamikada u asosiy hisoblanadi. Olim o'sha davrda mavjud bo'lgan, samaradorligi bor-yo'g'i 2% bo'lgan bug' mashinalari tahlilini o'tkazdi va ideal issiqlik dvigatelining ishlashini tasvirlab berdi.

Suv dvigatelida suv balandlikdan pastga tushish orqali ishlaydi. O'xshashlik bo'yicha, Karnot issiqlik ham ish qilishi mumkin, bu issiq jismdan sovuqroq jismga o'tadi. Buning uchun degani issiqlik dvigateli ishlagan, u har xil haroratli 2 ta issiqlik manbasiga ega bo'lishi kerak. Ushbu bayonot deyiladi Karno printsipi . Va olim tomonidan yaratilgan issiqlik dvigatelining ishlash tsikli deb nomlangan Karno sikli .

Carnot ishlashi mumkin bo'lgan ideal issiqlik dvigatelini yaratdi mumkin bo'lgan eng yaxshi ish unga berilgan issiqlik tufayli.

Carnot tomonidan tasvirlangan issiqlik dvigateli haroratga ega bo'lgan isitgichdan iborat T N , harorat bilan ishlaydigan suyuqlik va muzlatgich T X .

Karno sikli aylanma teskari jarayon bo'lib, 4 bosqichni o'z ichiga oladi - 2 izotermik va 2 adiabatik.

Birinchi bosqich A->B izotermikdir. Bu isitgich va ishlaydigan suyuqlikning bir xil haroratida sodir bo'ladi T N . Aloqa vaqtida issiqlik miqdori Q H isitgichdan ishchi suyuqlikka (tsilindrdagi gaz) o'tkaziladi. Gaz izotermik ravishda kengayadi va mexanik ishlarni bajaradi.

Jarayon tsiklik (uzluksiz) bo'lishi uchun gazni dastlabki parametrlariga qaytarish kerak.

B->C siklining ikkinchi bosqichida ishchi suyuqlik va isitgich ajratiladi. Gaz atrof-muhit bilan issiqlik almashmasdan adiabatik ravishda kengayishda davom etadi. Shu bilan birga, uning harorati muzlatgichning haroratiga tushiriladi. T X va u ishni davom ettiradi.

Uchinchi bosqichda C->D, haroratga ega bo'lgan ishchi suyuqlik T X , muzlatgich bilan aloqada. Tashqi kuch ta'sirida u izotermik siqiladi va miqdorda issiqlik chiqaradi Q X muzlatgich. Bu borada ish olib borilmoqda.

To'rtinchi bosqichda G -> A, ishchi suyuqlik muzlatgichdan ajratiladi. Tashqi kuch ta'sirida u adiabatik tarzda siqiladi. Bu borada ish olib borilmoqda. Uning harorati isitgichning haroratiga teng bo'ladi T N .

Ishchi organ asl holatiga qaytadi. Dumaloq jarayon tugaydi. Yangi tsikl boshlanadi.

Karno sikli bo'yicha ishlaydigan tana mashinasining samaradorligi:

Bunday mashinaning samaradorligi uning dizayniga bog'liq emas. Bu faqat isitgich va muzlatgich o'rtasidagi harorat farqiga bog'liq. Va agar muzlatgich harorati mutlaq nolga teng bo'lsa, unda samaradorlik 100% bo'ladi. Hozircha hech kim yaxshiroq narsani o'ylab topmagan.

Afsuski, amalda bunday mashinani qurish mumkin emas. Haqiqiy qaytariladigan termodinamik jarayonlar faqat turli darajadagi aniqlikdagi ideallarga yaqinlasha oladi. Bundan tashqari, haqiqiy issiqlik dvigatelida har doim issiqlik yo'qotishlari bo'ladi. Shuning uchun uning samaradorligi Carnot sikli bo'yicha ishlaydigan ideal issiqlik dvigatelining samaradorligidan past bo'ladi.

Karno sikli asosida turli texnik qurilmalar qurilgan.

Agar Carnot tsikli teskari tartibda amalga oshirilsa, u holda sovutgich mashinasi olinadi. Axir, ishchi suyuqlik avval sovutgichdan issiqlikni oladi, keyin tsiklni yaratish uchun sarflangan ishni issiqlikka aylantiradi va keyin bu issiqlikni isitgichga beradi. Sovutgichlar shunday ishlaydi.

Teskari Carnot aylanishi ham issiqlik nasoslarining markazida joylashgan. Bunday nasoslar energiyani past haroratli manbalardan yuqori haroratli iste'molchiga o'tkazadi. Ammo, sovutgichdan farqli o'laroq, olingan issiqlik atrof-muhitga chiqariladi, issiqlik nasosida u iste'molchiga uzatiladi.

§6 Entropiya

Odatda, tizimning bir holatdan ikkinchi holatga o‘tadigan har qanday jarayoni shunday kechadiki, bu jarayonni teskari yo‘nalishda amalga oshirishning iloji bo‘lmaydi, shunda sistema bir xil oraliq holatlardan o‘tib, atrofdagi jismlarda hech qanday o‘zgarishsiz o‘tadi. Buning sababi, energiyaning bir qismi jarayonda, masalan, ishqalanish, nurlanish va boshqalar tufayli. Tabiatdagi deyarli barcha jarayonlar qaytarilmasdir. Har qanday jarayonda energiyaning bir qismi yo'qoladi. Energiyaning tarqalishini tavsiflash uchun entropiya tushunchasi kiritiladi. ( Entropiya qiymati xarakterlanadi tizimning termal holati va tananing ushbu holatini amalga oshirish ehtimolini aniqlaydi. Berilgan holat qanchalik ko'p bo'lsa, entropiya shunchalik katta bo'ladi.) Barcha tabiiy jarayonlar entropiyaning ortishi bilan birga keladi. Entropiya faqat yopiq tizimda, ya'ni bu tizimdan tashqaridagi jismlar bilan energiya almashinuvi bo'lmagan tizimda sodir bo'ladigan ideallashtirilgan qaytariladigan jarayondagina doimiy bo'lib qoladi.

Entropiya va uning termodinamik ma'nosi:

Entropiya- bu tizim holatining shunday funktsiyasi bo'lib, uning qaytariladigan jarayonda cheksiz kichik o'zgarishi bu jarayonda kiritilgan cheksiz kichik issiqlik miqdorining u kiritilgan haroratga nisbatiga tengdir.

Yakuniy qaytariladigan jarayonda entropiya o'zgarishini quyidagi formula yordamida hisoblash mumkin:

bu yerda integral tizimning 1-boshlang'ich holatidan oxirgi 2-holatiga qadar olinadi.

Entropiya davlat funktsiyasi bo'lganligi sababli, u holda integralning xossasiuning hisoblanayotgan kontur (yo'l) shaklidan mustaqilligidir, shuning uchun integral faqat tizimning boshlang'ich va oxirgi holatlari bilan belgilanadi.

• Har qanday teskari jarayonda entropiyaning o'zgarishi 0 ga teng

(1)

• Buni termodinamika isbotlaydiSorqaga qaytarilmas sikl hosil qiluvchi tizim kuchayadi

D S> 0 (2)

(1) va (2) ifodalar faqat yopiq tizimlarga taalluqlidir, lekin agar tizim tashqi muhit bilan issiqlik almashsa, uningShar qanday tarzda o'zini tutishi mumkin.

(1) va (2) munosabatlarni Klauzius tengsizligi sifatida ifodalash mumkin

?S >= 0

bular. yopiq tizimning entropiyasi ortishi (qaytarib bo'lmaydigan jarayonlarda) yoki doimiy bo'lib qolishi mumkin (qaytariladigan jarayonlarda).

Agar tizim 1-holatdan 2-holatga muvozanatli o'tishni amalga oshirsa, u holda entropiya o'zgaradi

qayerda dU va dAmuayyan jarayon uchun yozilgan. Ushbu formulaga ko'ra, DSqo'shimcha konstantagacha aniqlanadi. Bu jismoniy ma'noga ega bo'lgan entropiyaning o'zi emas, balki entropiyalarning farqidir. Ideal gaz jarayonlarida entropiyaning o'zgarishi topilsin.

bular. entropiya o'zgarishiS D S 1->2 Ideal gazning 1-holatdan 2-holatga o?tishi jarayonida jarayonning turiga bog?liq emas.

Chunki adiabatik jarayon uchun dQ = 0, keyin ? S= 0 => S= const , ya'ni adiabatik teskari jarayon doimiy entropiyada boradi. Shuning uchun u izentropik deyiladi.

Izotermik jarayonda (T= const; T 1 = T 2 : )

Izokorik jarayonda (V= const; V 1 = V 2 ; )

Entropiya additivlik xususiyatiga ega: sistemaning entropiyasi tizimga kiritilgan jismlarning entropiyalari yig'indisiga teng.S = S 1 + S 2 + S 3 + ... Molekulalarning issiqlik harakati va boshqa harakat shakllari o'rtasidagi sifat jihatidan farq uning tasodifiyligi, tartibsizligidir. Shuning uchun termal harakatni tavsiflash uchun molekulyar buzilish darajasining miqdoriy o'lchovini kiritish kerak. Agar tananing har qanday ma'lum makroskopik holatini parametrlarning ma'lum o'rtacha qiymatlari bilan ko'rib chiqsak, bu molekulalarning hajmning turli qismlarida va hajmida taqsimlanishida bir-biridan farq qiluvchi yaqin mikroholatlarning uzluksiz o'zgarishidan boshqa narsadir. molekulalar o'rtasida taqsimlangan energiya. Ushbu doimiy o'zgaruvchan mikrostatlar soni butun tizimning makroskopik holatining buzilish darajasini tavsiflaydi,wberilgan mikroholatning termodinamik ehtimolligi deyiladi. Termodinamik ehtimollikwtizim holatlari - makroskopik tizimning ma'lum bir holatini amalga oshirish usullari soni yoki ma'lum bir mikroholatni amalga oshiradigan mikroholatlar soni (w>= 1 va matematik ehtimollik <= 1 ).

Biz hodisaning kutilmaganligining o'lchovi sifatida minus belgisi bilan olingan uning ehtimolligining logarifmini olishga kelishib oldik: holatning kutilmaganligi = ga teng.-

Boltsmanning fikricha, entropiyaStizimlar va termodinamik ehtimollik quyidagicha bog'langan:

qayerda - Boltsman doimiysi (). Shunday qilib, entropiya ma'lum bir mikroholatni amalga oshirish mumkin bo'lgan holatlar sonining logarifmi bilan aniqlanadi. Entropiyani t/d tizimining holati ehtimolining o'lchovi sifatida ko'rish mumkin. Boltsman formulasi entropiyaga quyidagi statistik talqinni berishga imkon beradi. Entropiya - bu tizim buzilishining o'lchovidir. Darhaqiqat, ma'lum bir mikroholatni amalga oshiradigan mikroholatlar soni qancha ko'p bo'lsa, entropiya shunchalik katta bo'ladi. Tizimning muvozanat holatida - tizimning eng ehtimoliy holati - mikroholatlar soni maksimal, entropiya ham maksimal.

Chunki real jarayonlar qaytarib bo'lmaydigan bo'lsa, unda yopiq tizimdagi barcha jarayonlar uning entropiyasining oshishiga olib keladi - entropiyani oshirish printsipi. Entropiyani statistik talqin qilishda bu yopiq tizimdagi jarayonlar mikroholatlar sonini ko'paytirish yo'nalishi bo'yicha, boshqacha aytganda, kamroq ehtimolli holatlardan ko'proq ehtimoliy holatlarga, holatning ehtimolligi maksimal darajaga yetguncha borishini anglatadi.

§7 Termodinamikaning ikkinchi qonuni

Energiyaning saqlanish va energiyaning o'zgarishi qonunini ifodalovchi termodinamikaning birinchi qonuni t/d jarayonlar oqimining yo'nalishini belgilashga imkon bermaydi. Bundan tashqari, bir-biriga zid bo'lmagan jarayonlar to'plamini tasavvur qilish mumkinIm / d ning boshlanishi, unda energiya saqlanadi, lekin tabiatda ular amalga oshirilmaydi. Ikkinchi boshlanish t/d ning mumkin bo'lgan formulalari:

1) qaytarilmas jarayonlar jarayonida yopiq tizim entropiyasining ortishi qonuni: yopiq tizimdagi har qanday qaytarilmas jarayon shunday sodir bo'ladiki, tizim entropiyasi D ortadi.S>= 0 (qaytmas jarayon) 2) DS>= 0 (SQaytariladigan uchun = 0 va DSQaytarib bo'lmaydigan jarayon uchun >= 0)

Yopiq tizimda sodir bo'ladigan jarayonlarda entropiya kamaymaydi.

2) Boltsman formulasidan S =, shuning uchun entropiyaning ortishi tizimning kamroq ehtimolli holatdan ehtimoliyroq holatga o'tishini anglatadi.

3) Kelvinga ko'ra: dumaloq jarayon mumkin emas, uning yagona natijasi isitgichdan olingan issiqlikni unga ekvivalent ishga aylantirishdir.

4) Klauziusning fikriga ko'ra: dumaloq jarayon mumkin emas, uning yagona natijasi issiqlikni kamroq isitiladigan jismdan ko'proq isitiladigan jismga o'tkazishdir.

0 K dagi t/d tizimlarini tavsiflash uchun Nernst-Plank teoremasi (t/d ning uchinchi qonuni) qo'llaniladi: harorat 0 K ga yaqinlashganda muvozanatdagi barcha jismlarning entropiyasi nolga intiladi.

Teoremadan Nernst-Plank buni kuzatib boradiC p= C v = 0 da 0 Kimga

§8 Issiqlik va sovutish mashinalari.

Karno sikli va uning samaradorligi

Kelvinga ko'ra t / d ning ikkinchi qonunining formulasidan kelib chiqadiki, ikkinchi turdagi doimiy harakat mashinasi mumkin emas. (Doimiy harakatlanuvchi mashina - vaqti-vaqti bilan ishlaydigan dvigatel bo'lib, u bitta issiqlik manbasini sovutish orqali ishlaydi.)

Termostat- bu haroratni o'zgartirmasdan jismlar bilan issiqlik almashinuvi mumkin bo'lgan t / d tizimi.

Issiqlik dvigatelining ishlash printsipi: haroratli termostatdan T 1 - isitgich, issiqlik miqdori har bir tsiklda olinadiQ 1 , va haroratli termostat T 2 (T 2 < T 1) - muzlatgich, bir tsiklda o'tkaziladigan issiqlik miqdoriQ 2 , ish paytida LEKIN = Q 1 - Q 2

Doiraviy jarayon yoki tsikl sistemaning bir qator holatlardan o'tib, dastlabki holatiga qaytishi jarayonidir. Holat diagrammasida tsikl yopiq egri chiziq bilan ifodalanadi. Ideal gaz tomonidan bajariladigan tsiklni kengaytirish (1-2) va siqish (2-1) jarayonlariga bo'lish mumkin, kengaytirish ishi ijobiydir. LEKIN 1-2 > 0, chunkiV 2 > V 1 , siqish ishi manfiy LEKIN 1-2 < 0, т.к. V 2 < V 1 . Shuning uchun gazning bir tsiklda bajargan ishi yopiq 1-2-1 egri chizig'i bilan qoplangan maydon bilan belgilanadi. Agar tsiklda ijobiy ish bajarilsa (tsikl soat yo'nalishi bo'yicha), u holda tsikl to'g'ridan-to'g'ri deyiladi, agar u teskari tsikl bo'lsa (tsikl soat miliga teskari yo'nalishda sodir bo'ladi).

to'g'ridan-to'g'ri aylanish issiqlik dvigatellarida qo'llaniladi - tashqaridan olingan issiqlik tufayli ishlarni bajaradigan davriy ishlaydigan dvigatellar. Teskari aylanish sovutish mashinalarida - vaqti-vaqti bilan ishlaydigan qurilmalarda qo'llaniladi, ularda tashqi kuchlarning ishi tufayli issiqlik yuqori haroratli tanaga o'tkaziladi.

Dumaloq jarayon natijasida tizim asl holatiga qaytadi va shuning uchun ichki energiyaning umumiy o'zgarishi nolga teng. KeyinІ dumaloq jarayon uchun t/d ni boshlang

Q= D U+ A= A,

Ya'ni, bir tsiklda bajarilgan ish tashqaridan olingan issiqlik miqdoriga teng, lekin

Q= Q 1 - Q 2

Q 1 - miqdor tizim tomonidan qabul qilingan issiqlik,

Q 2 - miqdor tizim tomonidan chiqarilgan issiqlik.

Issiqlik samaradorligi dumaloq jarayon uchun tizim bajargan ishning tizimga berilgan issiqlik miqdoriga nisbatiga teng:

? = 1 uchun shartQ 2 = 0, ya'ni. issiqlik dvigatelida bitta issiqlik manbai bo'lishi kerakQ 1 , lekin bu t/d ning ikkinchi qonuniga zid keladi.

Issiqlik dvigatelida sodir bo'ladigan teskari jarayon sovutish mashinasida qo'llaniladi.

Harorat bilan termostatdan T 2 issiqlik miqdori olinadiQ 2 va harorat bilan termostatga uzatiladiT 1 , issiqlik miqdoriQ 1 .

Q= Q 2 - Q 1 < 0, следовательно A< 0.

Ishlamasdan, kamroq isitiladigan tanadan issiqlikni olib, uni issiqroqqa berish mumkin emas.

t/d ning ikkinchi qonuniga asoslanib, Karno teoremani chiqardi.

Karno teoremasi: isitish moslamalari harorati bir xil bo'lgan barcha davriy ishlaydigan issiqlik dvigatellari ( T 1) va muzlatgichlar ( T 2), eng yuqori samaradorlik. qaytariladigan mashinalarga ega. K.P.D. teng uchun qaytib mashinalari T 1 va T 2 teng va ishchi suyuqlikning tabiatiga bog'liq emas.

Ishchi jism - dumaloq jarayonni bajaradigan va boshqa jismlar bilan energiya almashinadigan jism.

Karno sikli 2 ta izoterm va 2 ta adiabatdan tashkil topgan eng tejamkor teskari sikldir.

1-2-izotermik kengayish da T 1 isitgich; gazga issiqlik beriladiQ 1 va ish bajariladi

2-3 - adibat. kengaytirish, gaz ishlaydiA 2-3 >0 tashqi jismlar ustida.

3-4 izotermik siqilish da T 2 ta muzlatgich; issiqlik olinadiQ 2 va ish bajariladi;

4-1-adiabatik siqilish, gaz ustida ish bajariladi A 4-1 <0 внешними телами.

Izotermik jarayondaU= const, shuning uchun Q 1 = A 12

1

Adiabatik kengayish bilanQ 2-3 = 0, va gaz ishlaydi A 23 ichki energiya bilan amalga oshiriladi A 23 = - U

Issiqlik miqdoriQ 2 , izotermik siqilish vaqtida gaz tomonidan sovutgichga berilgan siqilish ishiga teng LEKIN 3-4

2

Adiabatik siqilish ishi

Aylanma jarayonda bajarilgan ish

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

va 1-2-3-4-1 egri chizig'ining maydoniga teng.

Issiqlik samaradorligi Karno sikli

2-3 va 3-4 jarayonlar uchun adiabatik tenglamadan olamiz

Keyin

bular. samaradorlik Carnot aylanishi faqat isitgich va sovutgichning harorati bilan belgilanadi. Samaradorlikni oshirish uchun farqni oshirish kerak T 1 - T 2 .

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

Chapdagi rasmda: xristian konservatorlarining termodinamikaning ikkinchi qonuniga qarshi noroziligi. Plakatlardagi yozuvlar: chizilgan "entropiya" so'zi; "Men fanning asosiy tamoyillarini qabul qilmayman va ovoz bermayman".

TERMOD?NAMIKANING IKKINCHI KELIB OLISHI VA YARATISH SAVOLLARI.

2000-yillarning boshlarida bir guruh konservativ xristianlar Kapitoliy (Kanzas, AQSH) zinapoyasida to?planib, fundamental ilmiy tamoyil – termodinamikaning ikkinchi qonunini bekor qilishni talab qilishdi (chapdagi rasmga qarang). Buning sababi, ularning bu jismoniy qonun Yaratuvchiga bo'lgan e'tiqodlariga zid ekanligiga ishonchlari edi, chunki u koinotning issiq o'limini bashorat qiladi. Piketchilar bunday kelajak sari intilayotgan dunyoda yashashni va buni farzandlariga o‘rgatishni istamasliklarini aytishdi. Termodinamikaning ikkinchi qonuniga qarshi kampaniya boshchiligida, Kanzas shtati senatoridan boshqa hech kim bu qonun "farzandlarimizning koinotni mehribon va mehribon Xudo tomonidan yaratilgan dunyo sifatida tushunishiga tahdid soladi" deb hisoblaydi.

Ajablanarlisi shundaki, xuddi shu AQShda yana bir xristian yo'nalishi - Yaratilish tadqiqot instituti prezidenti Dueyn Gish boshchiligidagi kreatsionistlar, aksincha, termodinamikaning ikkinchi qonunini nafaqat ilmiy deb bilishadi, balki uni isbotlash uchun g'ayrat bilan murojaat qilishadi. dunyoni Xudo yaratgan. Ularning asosiy dalillaridan biri shundaki, hayot o'z-o'zidan paydo bo'lishi mumkin emas, chunki atrofdagi hamma narsa yaratilish emas, balki o'z-o'zidan halokatga moyil.

Ushbu ikki nasroniy yo'nalishi o'rtasidagi bunday ajoyib qarama-qarshilikni hisobga olgan holda, tabiiy savol tug'iladi - ulardan qaysi biri to'g'ri? Va kimdir haqmi?

Ushbu maqolada biz termodinamikaning ikkinchi qonunini qayerda qo'llash mumkin va qayerda imkonsizligini va uning Yaratuvchiga bo'lgan ishonch masalalari bilan qanday bog'liqligini ko'rib chiqamiz.

Termodinamika fizikaning issiqlik va boshqa energiya shakllarining o?zaro bog?liqliklari va o?zgarishlarini o?rganuvchi bo?limi. U termodinamikaning printsiplari (ba'zan qonunlar) deb ataladigan bir qancha fundamental printsiplarga asoslanadi. Ularning orasida, ehtimol, eng mashhuri ikkinchi tamoyildir.

Termodinamikaning ikkinchi qonuni, yuqoridagilardan tashqari, boshqa formulalarga ham ega. Biz tilga olgan barcha yaratilish bahslari aynan shulardan biri atrofida. Ushbu formula biz tanishishimiz kerak bo'lgan entropiya tushunchasi bilan bog'liq.

Entropiya(ta'riflardan biriga ko'ra) tizimning buzilishi yoki tasodifiyligining ko'rsatkichi. Oddiy qilib aytganda, tizimda qancha tartibsizlik hukmron bo'lsa, uning entropiyasi shunchalik yuqori bo'ladi. Termodinamik tizimlar uchun entropiya qanchalik yuqori bo'lsa, tizimni tashkil etuvchi moddiy zarrachalarning (masalan, molekulalarning) harakati shunchalik xaotik bo'ladi.

Vaqt o'tishi bilan olimlar entropiya kengroq tushuncha ekanligini va nafaqat termodinamik tizimlarga nisbatan qo'llanilishi mumkinligini tushunishdi. Umuman olganda, har qanday tizimda ma'lum miqdordagi tartibsizliklar mavjud bo'lib, ular o'zgarishi mumkin - ortishi yoki kamayishi. Bunday holda, entropiya haqida gapirish o'rinlidir. Mana bir nechta misollar:

· Bir stakan suv. Agar suv muzlab muzga aylangan bo'lsa, uning molekulalari kristall panjara bilan bog'langan. Bu suv erigan va molekulalar tasodifiy harakatlanadigan holatga qaraganda kattaroq tartibga (kamroq entropiya) mos keladi. Biroq, erishi bilan suv hali ham ma'lum bir shaklni - u joylashgan stakanni saqlab qoladi. Agar suv bug'langan bo'lsa, molekulalar yanada jadalroq harakat qiladi va ularga berilgan butun hajmni egallab, yanada xaotik harakat qiladi. Shunday qilib, entropiya yanada oshadi.

· Quyosh tizimi. Unda ham tartibni ham, tartibsizlikni ham kuzatish mumkin. Sayyoralar o'z orbitalarida shu qadar aniqlik bilan harakat qiladilarki, astronomlar ming yillar oldin istalgan vaqtda o'z pozitsiyalarini bashorat qilishlari mumkin. Biroq, quyosh tizimida bir nechta asteroid kamarlari mavjud bo'lib, ular xaotikroq harakat qiladi - ular to'qnashadi, sinadi, ba'zan boshqa sayyoralarga tushadi. Kosmologlarning taxminlariga ko'ra, dastlab butun quyosh tizimi (Quyoshning o'zidan tashqari) shunday asteroidlar bilan to'ldirilgan bo'lib, ulardan keyinchalik qattiq sayyoralar paydo bo'lgan va bu asteroidlar hozirgidan ham xaotikroq harakat qilgan. Agar bu to'g'ri bo'lsa, quyosh tizimining entropiyasi (Quyoshning o'zidan tashqari) dastlab yuqori bo'lgan.

· Galaxy. Galaktika o'z markazi atrofida harakatlanuvchi yulduzlardan iborat. Ammo bu erda ham ma'lum miqdorda tartibsizlik mavjud: yulduzlar ba'zan to'qnashadi, harakat yo'nalishini o'zgartiradi va ularning orbitalarining o'zaro ta'siri tufayli ularning orbitalari ideal emas, ular biroz tartibsiz tarzda o'zgaradi. Demak, bu sistemada entropiya nolga teng emas.

· Bolalar xonasi. Kichkina bolalari bo'lganlar uchun entropiyaning o'sishi ko'pincha o'z ko'zlari bilan kuzatiladi. Ular tozalashni amalga oshirgandan so'ng, kvartirada nisbatan tartib hukmronlik qiladi. Biroq, bu kvartiraning entropiyasi sezilarli darajada oshishi uchun u erda bir yoki ikkita bolaning hushyor holatda qolishi uchun bir necha soat (va ba'zan kamroq) etarli ...

Agar oxirgi misol sizni tabassum qilgan bo'lsa, ehtimol siz entropiya nima ekanligini tushungansiz.

Termodinamikaning ikkinchi qonuniga qaytsak, biz aytganimizdek, u entropiya tushunchasi bilan bog'liq bo'lgan yana bir formulaga ega ekanligini eslaymiz. Bu shunday eshitiladi: Izolyatsiya qilingan tizimda entropiya kamayishi mumkin emas. Boshqacha qilib aytganda, atrofdagi dunyodan butunlay uzilgan har qanday tizimda tartibsizlik o'z-o'zidan kamayishi mumkin emas: u faqat kuchayishi yoki o'ta og'ir hollarda bir xil darajada qolishi mumkin.

Muz kubini issiq qulflangan xonaga qo'ysangiz, u bir muncha vaqt o'tgach eriydi. Biroq, bu xonada hosil bo'lgan suv havzasi hech qachon o'z-o'zidan muz kubiga aylanmaydi. U erda parfyum shishasini oching va hid butun xonaga tarqaladi. Lekin hech narsa uni yana flakonga qaytarishga majbur qilmaydi. U erda sham yoqing va u yonib ketadi, lekin hech narsa tutunni yana shamga aylantira olmaydi. Bu jarayonlarning barchasi yo'naltirilgan va qaytarilmasdir. Nafaqat bu xonada, balki butun Olamda sodir bo'layotgan jarayonlarning bunday qaytarilmasligining sababi aynan termodinamikaning ikkinchi qonunida yotadi.

Biroq, bu qonun, ko'rinib turgan soddaligi bilan birga, klassik fizikaning eng qiyin va ko'pincha noto'g'ri tushuniladigan qonunlaridan biridir. Gap shundaki, uning so'zlarida ba'zida etarlicha e'tibor berilmaydigan bitta so'z bor - "izolyatsiya qilingan" so'zi. Termodinamikaning ikkinchi qonuniga ko'ra, entropiya (xaos) faqat izolyatsiyalangan tizimlarda kamayishi mumkin emas. Bu qonun. Biroq, boshqa tizimlarda bu endi qonun emas va ulardagi entropiya ortishi yoki kamayishi mumkin.

Izolyatsiya qilingan tizim nima? Keling, termodinamika nuqtai nazaridan qanday turdagi tizimlar mavjudligini ko'rib chiqaylik:

· Ochiq. Bular tashqi dunyo bilan materiya (va, ehtimol, energiya) almashinadigan tizimlardir. Misol: avtomobil (benzin, havo iste'mol qiladi, issiqlik hosil qiladi).

· Yopiq. Bular atrofdagi dunyo bilan materiya almashmaydigan, lekin u bilan energiya almashishi mumkin bo'lgan tizimlardir. Misol: kosmik kema (muhrlangan, lekin quyosh energiyasini quyosh panellari bilan yutadi).

· Izolyatsiya qilingan (yopiq). Bular tashqi dunyo bilan na materiya, na energiya almashmaydigan tizimlardir. Misol: termos (muhrlangan va issiqlikni saqlaydi).

Biz ta'kidlaganimizdek, termodinamikaning ikkinchi qonuni sanab o'tilgan tizimlarning faqat uchinchisiga tegishli.

Tasavvur qilish uchun keling, qulflangan issiq xona va unda erigan muz bo'lagidan iborat tizimni eslaylik. Ideal holatda, bu izolyatsiyalangan tizimga to'g'ri keldi va bu holda uning entropiyasi ortdi. Biroq, endi tasavvur qilaylik, tashqarida juda sovuq va biz derazani ochdik. Tizim ochildi: xonaga sovuq havo kira boshladi, xonadagi harorat noldan pastga tushdi va avvallari ko‘lmakka aylangan muz parchamiz yana muzlab qoldi.

Haqiqiy hayotda, hatto qulflangan xona ham izolyatsiya qilingan tizim emas, chunki aslida shisha va hatto g'isht issiqlikni o'tkazib yuboradi. Yuqorida aytib o'tganimizdek, issiqlik ham energiyaning bir shaklidir. Shuning uchun, qulflangan xona, albatta, izolyatsiya qilingan emas, balki yopiq tizimdir. Agar biz barcha deraza va eshiklarni mahkam yopib qo'ysak ham, issiqlik asta-sekin xonani tark etadi, muzlaydi va bizning ko'lmak ham muzga aylanadi.

Yana bir shunga o'xshash misol - muzlatgich xonasi. Muzlatgich o'chirilgan ekan, uning harorati xona harorati bilan bir xil bo'ladi. Ammo uni tarmoqqa ulaganingizdan so'ng u sovib, tizimning entropiyasi pasayishni boshlaydi. Bu mumkin bo'ladi, chunki bunday tizim yopiq bo'lib qoldi, ya'ni u atrof-muhitdan energiya iste'mol qiladi (bu holda, elektr).

Shunisi e'tiborga loyiqki, birinchi holatda (muz bo'lagi bo'lgan xona) tizim atrof-muhitga energiya berdi, ikkinchi holatda (muzlatgichli xona), aksincha, uni oldi. Biroq, ikkala tizimning entropiyasi kamaydi. Bu shuni anglatadiki, termodinamikaning ikkinchi qonuni o'zgarmas qonun sifatida harakat qilishni to'xtatib qo'yishi uchun umumiy holatda energiya uzatish yo'nalishi emas, balki tizim va tizim o'rtasidagi bunday uzatishning o'zi muhim ahamiyatga ega. atrofdagi dunyo.

YO'MOQ TABIATDAGI ENTROPIYA KASHAYISHIGA NAMALLAR. Yuqorida muhokama qilingan tizimlarning misollari inson tomonidan yaratilgan. Jonsiz tabiatda ong ishtirokisiz entropiyaning pasayishiga misollar bormi? Ha, xohlaganingizcha.

Agar siz aqlli bo'lsangiz va ozgina vaqt sarflasangiz, minglab shunga o'xshash misollarni eslab, yozib olishingiz mumkin. Shuni ta'kidlash kerakki, sanab o'tilgan ko'plab holatlarda entropiyaning pasayishi alohida tasodif emas, balki muntazamlikdir - unga moyillik bunday tizimlarning tuzilishiga xosdir. Shunday qilib, bu har safar to'g'ri sharoitlar paydo bo'lganda sodir bo'ladi va u juda uzoq vaqt davom etishi mumkin - bu shartlar mavjud ekan. Bu misollarning barchasi entropiyani kamaytiradigan murakkab mexanizmlarni yoki ongning aralashuvini talab qilmaydi.

Albatta, agar tizim izolyatsiyalanmagan bo'lsa, undagi entropiyaning kamayishi shart emas. Aksincha, aksincha, bu o'z-o'zidan tez-tez sodir bo'ladigan entropiyaning ortishi, ya'ni tartibsizlikning kuchayishi. Har holda, qarovsiz yoki parvarishsiz qolgan har qanday narsa, qoida tariqasida, buzilib, yaroqsiz holga kelib, yaxshilanmasligiga o‘rganib qolganmiz. Hatto aytish mumkinki, bu moddiy dunyoning ma'lum bir asosiy xususiyati - o'z-o'zidan buzilish istagi, entropiyaning o'sishiga umumiy tendentsiya.

Biroq, ushbu kichik sarlavha ushbu umumiy tendentsiya faqat alohida tizimlarda amal qilishini ko'rsatdi. Boshqa tizimlarda entropiyaning oshishi qonun emas - hamma narsa ma'lum bir tizimning xususiyatlariga va u joylashgan sharoitga bog'liq. Termodinamikaning ikkinchi qonunini ularga ta'rifi bo'yicha qo'llash mumkin emas. Agar ba'zi ochiq yoki yopiq tizimlarda entropiya oshsa ham, bu termodinamikaning ikkinchi qonunining bajarilishi emas, balki butun moddiy dunyoga xos bo'lgan entropiyaning o'sishiga umumiy tendentsiyaning namoyon bo'lishi, lekin mutlaqdan uzoq.

G‘ayratli kuzatuvchi yulduzli osmonga qarasa, shuningdek, tajribali astronom teleskop orqali qarasa, ikkalasi ham uning nafaqat go‘zalligini, balki bu makrokosmosda hukm surayotgan hayratlanarli tartibni ham kuzatishi mumkin.

Biroq, bu tartibni Xudo olamni yaratganini isbotlash uchun ishlatish mumkinmi? Bu fikrlash chizig'ini qo'llash to'g'ri bo'ladimi: Koinot termodinamikaning ikkinchi qonuniga muvofiq tartibsizlikka tushib qolmagani uchun, bu uning Xudo tomonidan boshqarilishini isbotlaydimi?

Ehtimol, siz ha deb o'ylashga odatlangansiz. Ammo, aslida, mashhur e'tiqodga qaramasdan, yo'q. Aniqrog'i, bu bilan bog'liq holda termodinamikaning ikkinchi qonunini emas, balki biroz boshqacha dalillarni qo'llash mumkin va kerak.

Birinchidan koinotning alohida tizim ekanligi isbotlanmaguncha. Garchi, albatta, buning aksi isbotlanmagan bo'lsa-da, shunga qaramay, termodinamikaning ikkinchi qonunini umuman unga nisbatan qo'llash mumkinligini aniq aytish mumkin emas.

Ammo, aytaylik, Olamning tizim sifatida izolyatsiyasi kelajakda isbotlanadi (bu juda mumkin). Keyin nima?

Ikkinchidan, termodinamikaning ikkinchi qonuni ma'lum bir tizimda aniq nima hukmronlik qilishini aytmaydi - tartib yoki tartibsizlik. Ikkinchi qonun bu tartib yoki tartibsizlik qaysi yo'nalishda o'zgarishini aytadi - izolyatsiya qilingan tizimda tartibsizlik kuchayadi. Va koinotdagi tartib qaysi tomonga o'zgaradi? Agar biz butun olam haqida gapiradigan bo'lsak, unda tartibsizlik (shuningdek, entropiya) kuchayadi. Bu erda koinotni alohida yulduzlar, galaktikalar yoki ularning klasterlari bilan aralashtirib yubormaslik kerak. Alohida galaktikalar (bizning Somon yo'li kabi) juda barqaror tuzilmalar bo'lishi mumkin va millionlab yillar davomida umuman buzilmagan ko'rinadi. Ammo ular alohida tizimlar emas: ular doimo atrofdagi kosmosga energiya (masalan, yorug'lik va issiqlik) chiqaradi. Yulduzlar yonib ketadi va yulduzlararo kosmosga doimiy ravishda materiya ("quyosh shamoli") chiqaradi. Shu sababli, koinot yulduzlar va galaktikalarning tuzilgan materiyaning xaotik ravishda tarqalgan energiya va gazga aylanishining uzluksiz jarayonini boshdan kechiradi. Agar entropiyaning o'sishi bo'lmasa, bu nima?

Bu degradatsiya jarayonlari, albatta, juda sekin tezlikda sodir bo'ladi, shuning uchun biz ularni his qilmaymiz. Ammo agar biz ularni juda tez sur'atlarda - aytaylik, trillion marta tezroq kuzata olsak, ko'z o'ngimizda yulduzlarning tug'ilishi va o'lishining juda dramatik manzarasi paydo bo'lar edi. Shuni esda tutish kerakki, koinot paydo bo'lganidan beri mavjud bo'lgan yulduzlarning birinchi avlodi allaqachon nobud bo'lgan. Kosmologlarning fikricha, bizning sayyoramiz bir vaqtlar yonib ketgan yulduzning mavjudligi va portlashi qoldiqlaridan iborat; bunday portlashlar natijasida barcha og'ir kimyoviy elementlar hosil bo'ladi.

Shuning uchun, agar biz Olamni izolyatsiya qilingan tizim deb hisoblasak, unda termodinamikaning ikkinchi qonuni umuman o'tmishda ham, bugungi kunda ham bajariladi. Bu Xudo tomonidan o'rnatilgan qonunlardan biridir va shuning uchun u koinotda boshqa jismoniy qonunlar kabi ishlaydi.

Yuqorida aytilganlarga qaramay, Koinotda undagi tartib bilan bog'liq juda ko'p hayratlanarli narsalar mavjud, faqat bu termodinamikaning ikkinchi qonuni bilan emas, balki boshqa sabablar bilan bog'liq.

Shunday qilib, "Newsweek" jurnalida (11/09/98 soni) kashfiyotlar bizni koinotning yaratilishi bo'yicha qanday xulosalarga olib kelishi ko'rib chiqildi. Unda aytilishicha, faktlar "energetika va harakat ex nihilo, ya'ni yo'qdan, yorug'lik va energiyaning ulkan portlashi bilan paydo bo'lganidan dalolat beradi, bu esa [Injil kitobi] Ibtido tavsifiga to'g'ri keladi". Newsweek jurnali koinotning tug'ilishining ushbu voqeaning Bibliyadagi tavsifi bilan o'xshashligini qanday izohlaganiga e'tibor bering.

Jurnal shunday deb yozadi: “Ozod qilingan kuchlar hayratlanarli darajada (ajoyib?) muvozanatlashgan edi va hozir ham shundaydir: agar Katta portlash biroz kamroq kuchliroq bo'lganida, koinotning kengayishi sekinroq va tez orada (bir necha million yil ichida) bo'lar edi. yoki bir necha daqiqada - har qanday holatda, tez orada ) jarayonni teskari tomonga o'zgartiradi va qulash sodir bo'ladi. Agar portlash biroz kuchliroq bo'lsa, koinot juda kam uchraydigan "suyuq sho'rva" ga aylanishi mumkin va yulduzlarning paydo bo'lishi mumkin emas edi. Bizning mavjudligimiz astronomik jihatdan juda kichik edi. Katta portlashda materiya va energiyaning fazo hajmiga nisbati ideal nisbatning bir katrilion bir foizi ichida qolishi kerak edi.

Newsweek koinotning yaratilishini boshqaradigan, biladigan: "hatto bir darajani olib tashlashni (yuqorida aytib o'tilganidek, xatolik chegarasi bir foizning kvadrilliondan biri edi) ... va natija shunchaki disharmoniya bo'lmaydi, deb taklif qildi. , lekin abadiy entropiya va muz.

Astrofizik Alan Laytman shunday e'tirof etdi: "Koinotning shunday yuqori tashkiliy tarzda yaratilgani [olimlar uchun] sirdir". Uning qo'shimcha qilishicha, "muvaffaqiyatli deb da'vo qiladigan har qanday kosmologik nazariya oxir-oqibat bu entropiya sirini tushuntirishga to'g'ri keladi": nima uchun koinot xaosga tushib qolmagan. Shubhasiz, voqealarning to'g'ri rivojlanishining bunday past ehtimoli tasodifiy bo'lishi mumkin emas. (Iqtibos: “Uyg'oning!”, 22.06.99-son, 7-bet.)

Yuqorida ta'kidlanganidek, kreatsionistlar orasida termodinamikaning ikkinchi qonuni jonsiz materiyadan hayotning o'z-o'zidan paydo bo'lishi mumkin emasligini isbotlovchi nazariyalar mashhur. 1970-yillarning oxiri va 1980-yillarning boshlarida Yaratilish tadqiqotlari instituti ushbu mavzu bo'yicha kitob nashr etdi va hatto bu masala bo'yicha SSSR Fanlar akademiyasi bilan yozishmalarga harakat qildi (xat yozishlar muvaffaqiyatsiz tugadi).

Biroq, yuqorida ko'rganimizdek, termodinamikaning ikkinchi qonuni faqat izolyatsiyalangan tizimlarda ishlaydi. Biroq, Yer izolyatsiya qilingan tizim emas, chunki u doimo Quyoshdan energiya oladi va aksincha, uni kosmosga beradi. Va tirik organizm (hatto, masalan, tirik hujayra), qo'shimcha ravishda, atrof-muhit va materiya bilan almashadi. Shuning uchun termodinamikaning ikkinchi qonuni ta'rifi bo'yicha bu masalaga taalluqli emas.

Bundan tashqari, yuqorida aytib o'tilganidek, moddiy dunyo entropiyaning o'sishiga ma'lum bir umumiy tendentsiyaga ega, buning natijasida narsalar yaratilgandan ko'ra ko'proq yo'q qilinadi va tartibsizlikka tushadi. Biroq, biz ta'kidlaganimizdek, bu qonun emas. Bundan tashqari, agar biz o'zimizga tanish bo'lgan makrokosmosdan ajralib, mikrokosmosga - atomlar va molekulalar olamiga (ya'ni, hayot undan boshlangan, deb taxmin qilingan) sho'ng'in qilsak, bu juda ko'p ekanligini ko'ramiz. undagi entropiya o'sishi jarayonlarini qaytarish osonroq. Ba'zida tizimning entropiyasi pasayishni boshlashi uchun unda bitta ko'r, nazoratsiz ta'sir etarli. Bizning sayyoramiz, albatta, bunday ta'sirlarning misollariga to'la: atmosferadagi quyosh radiatsiyasi, okean tubidagi vulqon issiqligi, er yuzasidagi shamol va boshqalar. Va ularning natijasida ko'plab jarayonlar allaqachon qarama-qarshi, ular uchun "noqulay" yo'nalishda oqadi yoki qarama-qarshi yo'nalish ular uchun "qulay" bo'lib qoladi (yuqoridagi misollarga qarang: "Jonsiz tabiatda entropiyani kamaytirish misollari"). Shuning uchun, hatto bizning entropiyani oshirishga bo'lgan umumiy tendentsiyamiz ham hayotning paydo bo'lishiga mutlaq qoida sifatida qo'llanilmaydi: unga nisbatan juda ko'p istisnolar mavjud.

Albatta, yuqorida aytilganlar termodinamikaning ikkinchi qonuni hayotning o'z-o'zidan paydo bo'lishini taqiqlamaganligi sababli, hayot o'z-o'zidan paydo bo'lishi mumkin degani emas. Bunday jarayonni imkonsiz yoki o'ta dargumon qiladigan boshqa ko'plab narsalar mavjud, ammo ular endi termodinamika va uning ikkinchi qonuni bilan bog'liq emas.

Misol uchun, olimlar sun'iy sharoitda Yerning birlamchi atmosferasining kutilgan sharoitlariga taqlid qilib, bir necha turdagi aminokislotalarni olishga muvaffaq bo'lishdi. Aminokislotalar hayotning o'ziga xos qurilish bloklari: tirik organizmlarda oqsillar (oqsillar) ulardan hosil bo'ladi. Biroq, hayot uchun zarur bo'lgan oqsillar yuzlab, ba'zan esa minglab aminokislotalardan iborat bo'lib, ular qat'iy ketma-ketlikda bog'langan va maxsus shaklda maxsus tarzda joylashtirilgan (o'ngdagi rasmga qarang). Agar siz aminokislotalarni tasodifiy tartibda bog'lasangiz, unda faqat bitta nisbatan oddiy funktsional oqsilni yaratish ehtimoli juda kam bo'ladi - shunchalik kichikki, bu hodisa hech qachon sodir bo'lmaydi. Ularning tasodifiy paydo bo'lishini tan olish, tog'larda bir nechta g'ishtga o'xshash toshlarni topib, yaqin atrofda joylashgan tosh uyning tabiiy jarayonlar ta'siri ostida bir xil toshlardan tasodifiy shakllanganligini tasdiqlash bilan bir xil.

Boshqa tomondan, hayotning mavjudligi uchun oqsillarning o'zi ham etarli emas: DNK va RNKning murakkab molekulalari talab qilinmaydi, ularning tasodifiy paydo bo'lishi ham aql bovar qilmaydi. DNK aslida oqsillarni hosil qilish uchun zarur bo'lgan tuzilgan ma'lumotlarning ulkan omboridir. Unga oqsillar va RNKning butun majmuasi xizmat qiladi, bu ma'lumotni nusxalash va tuzatish va undan "ishlab chiqarish maqsadlarida" foydalanish. Bularning barchasi yagona tizim bo'lib, uning tarkibiy qismlari alohida ma'noga ega emas va ulardan hech birini olib tashlash mumkin emas. Brilliant Dizayner uni yaratish ustida ishlaganligini tushunish uchun ushbu tizimning tuzilishi va uning ishlash tamoyillarini chuqurroq o'rganishni boshlash kerak.

Termodinamikaning ikkinchi qonuni umuman Yaratuvchiga ishonish bilan mos keladimi? U nafaqat borligi bilan, balki koinot va Yerdagi hayotni yaratganligi bilan ham (Ibtido 1:1–27; Vahiy 4:11); u yer abadiy mavjud bo'lishini va'da qilgan (Zabur 104:5), ya'ni Quyosh ham, Olam ham u yoki bu shaklda abadiy bo'ladi; odamlar er yuzida osmonda abadiy yashaydilar va hech qachon o'lmaydilar (Zabur 36:29; Matto 25:46; Vahiy 21:3, 4)?

Ishonch bilan aytishimiz mumkinki, termodinamikaning ikkinchi qonuniga ishonish Yaratuvchiga va Uning va'dalariga ishonish bilan to'liq mos keladi. Va buning sababi ushbu qonunning o'zini shakllantirishda yotadi: "izolyatsiya qilingan tizimda entropiya kamayishi mumkin emas". Har qanday izolyatsiya qilingan tizim faqat uning ishiga hech kim, shu jumladan Yaratguvchi ham xalaqit bermasagina yakkalanib qoladi. Ammo u aralashib, o'zining tuganmas kuchining bir qismini unga yuborishi bilanoq, tizim izolyatsiya qilishni to'xtatadi va termodinamikaning ikkinchi qonuni unda ishlashni to'xtatadi. Xuddi shu narsani biz yuqorida aytib o'tgan entropiyaning o'sishiga nisbatan umumiy tendentsiya haqida ham aytish mumkin. Ha, ko‘rinib turibdiki, atrofimizda mavjud bo‘lgan deyarli hamma narsa – atomlardan tortib olamgacha – vaqt o‘tishi bilan halokat va tanazzulga moyil bo‘ladi. Lekin Yaratguvchida har qanday tanazzul jarayonlarini to'xtatish va hatto zarur deb bilsa, ularni bekor qilish uchun zarur kuch va donolik bor.

Qanday jarayonlar odatda odamlar tomonidan abadiy hayotni imkonsiz deb ko'rsatadilar?

· Bir necha milliard yil ichida quyosh o'chadi. Agar Yaratgan hech qachon uning ishiga aralashmaganida shunday bo'lardi. Biroq, u Koinotning Yaratuvchisi va Quyoshni abadiy yondirish uchun etarli darajada ulkan energiyaga ega. Masalan, energiya sarflab, u Quyoshda sodir bo'layotgan yadro reaktsiyalarini, xuddi uni yana bir necha milliard yil davomida yoqilg'i bilan to'ldirishi mumkin, shuningdek, quyosh shamoli shaklida Quyosh yo'qotadigan moddalar hajmini to'ldirishi mumkin.

· Ertami-kechmi Yer asteroid yoki qora tuynuk bilan to'qnashadi. Buning ehtimoli qanchalik kichik bo'lmasin, u mavjud va shuning uchun abadiyat davomida u albatta amalga oshadi. Biroq, Xudo o'z kuchini ishlatib, Yerni har qanday zarardan oldindan himoya qilishi mumkin, shunchaki bunday xavfli ob'ektlarning sayyoramizga yaqinlashishining oldini oladi.

· Oy yerdan uchib ketadi va yer yashash uchun yaroqsiz holga keladi. Oy er o'qining egilishini barqarorlashtiradi, buning natijasida undagi iqlim ko'proq yoki kamroq barqaror saqlanadi. Oy asta-sekin Yerdan uzoqlashmoqda, buning natijasida kelajakda o'qning egilishi o'zgarishi va iqlim chidab bo'lmas holga kelishi mumkin. Lekin Xudo, albatta, bunday halokatli o'zgarishlarning oldini olish va Oyni o'z orbitasida O'zi xohlagan joyda ushlab turish uchun zarur kuchga ega.

Moddiy olamdagi narsalar qarish, tanazzul va halokatga moyil ekanligiga shubha yo'q. Ammo biz Xudoning O'zi dunyoni shunday yaratganini unutmasligimiz kerak. Shunday qilib, bu uning rejasining bir qismi edi. Dunyo Xudodan tashqari abadiy mavjud bo'lishi uchun yaratilgan emas. Aksincha, u Xudoning nazorati ostida abadiy mavjud bo'lish uchun yaratilgan. Xudo dunyoni yaratish uchun ham donolik, ham qudratga ega bo'lganligi sababli, U o'z ijodiga abadiy g'amxo'rlik qilish, undagi hamma narsani o'z nazorati ostida saqlash uchun bir xil kuch va donolikka ega ekanligiga shubha qilish uchun hech qanday sabab yo'q.

Quyidagi Muqaddas Kitob oyatlari bizni Quyosh, Oy, Yer va odamlar abadiy mavjud bo'lishiga ishontiradi:
· « Quyosh va oy bor ekan, ular sizdan qo'rqishadi - avloddan-avlodga» (Zabur 72:5)
· « [Yer] abadiy, abadiy silkitmaydi» (Zabur 104:5)
· « Solihlar yerni meros qilib oladilar va unda abadiy yashaydilar» (Zabur 37:29)

Shu sababli, termodinamikaning ikkinchi qonuniga bir vaqtning o'zida ishonishimizga va uni to'g'ri ilmiy printsip deb bilishimizga va shu bilan birga chuqur dindor odamlar bo'lib, Muqaddas Kitobda yozilgan Xudoning barcha va'dalarining bajarilishini kutishimizga hech narsa to'sqinlik qilmaydi.

Xo'sh, agar siz dindor bo'lsangiz, maqola boshida tilga olingan diniy guruhlarning qaysi biriga ovozingizni qo'shgan bo'lardingiz? Xristian konservatorlarining termodinamikaning ikkinchi qonunini bekor qilishni talab qilgan yuqorida tasvirlangan namoyishi ishtirokchilariga? Yoki bu qonundan hayotni Xudo tomonidan yaratilganiga dalil sifatida ishlatadigan kreatsionistlargami? Men hech kim uchun emasman.

Ko'pchilik imonlilar o'z e'tiqodlarini u yoki bu tarzda himoya qilishga moyildirlar va ba'zilari buning uchun ilm-fan ma'lumotlaridan foydalanadilar, bu esa asosan Yaratuvchining mavjudligini tasdiqlaydi. Biroq, biz bir jiddiy Bibliya tamoyilini eslashimiz muhim: "biz ... hamma narsada halol bo'lishni xohlaymiz" (Ibroniylarga 13:18). Shuning uchun, albatta, Xudoning mavjudligini isbotlash uchun har qanday noto'g'ri dalillarni ishlatish noto'g'ri bo'ladi.

Ushbu maqoladan bilib olganimizdek, termodinamikaning ikkinchi qonunini Xudoning borligi yoki yo‘qligi termodinamikaning ikkinchi qonunini isbotlab yoki inkor etmaganidek, Xudoning mavjudligiga dalil sifatida ishlatib bo‘lmaydi. Ikkinchi qonun Yaratuvchining mavjudligi haqidagi savolga, shuningdek, boshqa fizik qonunlarning mutlaq ko'pchiligiga bevosita bog'liq emas (masalan, universal tortishish qonuni, impulsning saqlanish qonuni, Arximed qonuni, yoki termodinamikaning boshqa barcha tamoyillari).

Xudo yaratgan narsalar bizga ko'p sonli ishonchli dalillarni taqdim etadi, shuningdek, Yaratuvchining mavjudligini aniq dalillar bilan ta'minlaydi. Shuning uchun, agar biz ilgari dalil sifatida ishlatgan bayonotlarimizdan biri noto'g'ri bo'lib chiqsa, e'tiqodingizni himoya qilish uchun faqat halol dalillarni qo'llash uchun uni rad etishdan qo'rqmaslik kerak.