Antrasis termodinamikos dėsnis

Šioje temoje aptariami negrįžtamieji procesai ir antrasis termodinamikos dėsnis, kuris nusako energijos virsmų kryptį gamtoje. Taip pat sužinoma, kaip šis dėsnis aiškinamas statistiškai, bei susipažįstama su šaldytuvų, oro kondicionierių ir geoterminio šildymo veikimo principais.

Antrasis termodinamikos dėsnis
Antrasis termodinamikos dėsnis nustato energijos virsmų kryptį gamtoje ir teigia, kad visi realūs procesai yra negrįžtamieji. Jis remiasi daugybe eksperimentų ir nurodo, kad molekulių šiluminio judėjimo energija skiriasi nuo kitų energijos rūšių. Pagal Rudolfo Klauzijaus formuluotę, šaltesnis kūnas negali savaime perduoti šilumos karštesniam be pokyčių aplinkoje. Kita formuluotė teigia, kad neįmanoma visos iš aukštos temperatūros šaltinio gautos vidinės energijos paversti darbu.
Antrasis termodinamikos dėsnis ir negrįžtamieji procesai
Antrasis termodinamikos dėsnis apibrėžia šiluminių procesų kryptį, teigdamas, kad daugelis procesų gamtoje yra negrįžtamieji – vyksta tik viena kryptimi. Esminis pavyzdys: šiluma savaime teka tik iš karštesnio kūno į šaltesnį. Procesai, kuriuose kitos energijos rūšys virsta vidine energija, dažniausiai yra negrįžtamieji. Pagal Klauzijų, šiluma savaime neteka iš šaltesnio kūno į karštesnį. Taip pat teigiama, kad neįmanoma visos šiluminės energijos paversti darbu – dalis jos visada prarandama.
Antrojo termodinamikos dėsnio statistinis aiškinimas
Antrasis termodinamikos dėsnis statistiškai paaiškinamas nagrinėjant uždarąsias sistemas, sudarytas iš daugelio dalelių. Tokios sistemos savaime pereina iš tvarkingesnės būsenos į mažiau tvarkingą, t.y., iš mažiau tikėtinos būsenos į labiau tikėtiną. Pavyzdžiui, dujos, iš pradžių esančios vienoje indo pusėje, pašalinus pertvarą, pasiskirsto po visą indą. Tikimybė, kad visos molekulės savaime sugrįš į pradinę padėtį, yra labai maža.
Geoterminis šildymas
Geoterminis šildymas naudoja paviršiniuose žemės sluoksniuose sukauptą saulės energiją patalpoms šildyti. Ši sistema veikia priešingai nei šaldytuvas: laukas aušinamas, o patalpos šildomos. Sistemą sudaro vamzdynų sistema, šilumos siurblys ir šildymo sistema patalpose. Šilumos siurblys perkelia šilumą iš žemės į patalpas.
Negrįžtamieji procesai
Pirmasis termodinamikos dėsnis apibūdina energijos tvermę, bet nenurodo šiluminių procesų krypties. Negrįžtamieji procesai, pavyzdžiui, šilumos perdavimas iš karštesnio kūno į šaltesnį, dujų plėtimasis, ar difuzija, vyksta tik viena kryptimi. Šie procesai negali vykti atvirkščiai savaime, be išorinio poveikio.
Šaldytuvas ir oro kondicionierius
Šaldytuvai ir oro kondicionieriai perkelia šilumą iš šaltesnių kūnų į šiltesnius. Šaldytuve darbinė medžiaga (žemos virimo temperatūros skystis) cirkuliuoja sistemoje, kurią varo kompresorius. Kompresorius suspaudžia garus, kurie kondensuojasi kondensatoriuje, atiduodami šilumą į aplinką. Tada skystis patenka į garintuvą, kur verda žemoje temperatūroje, atšaldydamas šaldymo kamerą. Oro kondicionierius veikia panašiu principu, tik šaldo kambario orą, o šilumą atiduoda į lauką.
Šilumos siurbliai ir antrasis termodinamikos dėsnis
Šaldytuvai ir šilumos siurbliai yra įrenginiai, perduodantys šilumą iš šaltesnės aplinkos į šiltesnę. Tai neprieštarauja antrajam termodinamikos dėsniui, nes procesas nevyksta savaime – jam vykdyti naudojama išorinė energija, atliekanti darbą. Šiuose įrenginiuose darbinė medžiaga cikliškai keičia savo būseną (garuoja žemame slėgyje, atimdama šilumą, ir kondensuojasi aukštame slėgyje, atiduodama šilumą), taip pernešdama šilumą prieš jos natūralią tekėjimo kryptį.
Statistinis antrojo termodinamikos dėsnio aiškinimas
Statistinė fizika antrąjį termodinamikos dėsnį aiškina tikimybių teorija. Sistemos, sudarytos iš daugybės dalelių, savaime pereina iš mažiau tikėtinų būsenų (atitinkančių didesnę tvarką, pvz., visos dujų molekulės vienoje indo pusėje) į labiau tikėtinas būsenas (atitinkančias mažesnę tvarką, didesnį chaosą, pvz., molekulės tolygiai pasiskirsčiusios). Šis perėjimas į labiau tikėtiną, netvarkingesnę būseną yra natūrali sistemos evoliucijos kryptis.

Prisijungti

arba
Real 2
„X“ yra inovatyvi mokymosi platforma, kurios tikslas – teikti aukštos kokybės mokymo medžiagą įvairiausių klasių mokiniams. Patyrusių specialistų parengtas turinys skatina smalsumą, padeda išsamiau ir giliau suprasti mokomus dalykus bei sėkmingai pasiruošti akademiniams iššūkiams.
Atsisiųsk programėlę:
Susisiek su mumis: info@knowledgenestapp.com