Prvý zákon termodynamiky súvisí so zachovaním energie, zatiaľ čo druhý zákon termodynamiky tvrdí, že niektoré termodynamické procesy sú neprípustné a úplne sa neriadia prvým zákonom termodynamiky.
Slovo „ termodynamika “ je odvodené z gréckych slov, kde „termo“ znamená teplo a „dynamika“ znamená energiu. Termodynamika je teda štúdiom energie, ktorá existuje v rôznych formách, ako je svetlo, teplo, elektrická a chemická energia.
Termodynamika je veľmi dôležitou súčasťou fyziky a príbuzných oblastí, ako je chémia, veda o materiáloch, veda o životnom prostredí atď. Medzitým „zákon“ znamená systém pravidiel. Zákony termodynamiky sa preto zaoberajú jednou z foriem energie, ktorou je teplo, ich správaním za rôznych okolností, ktoré zodpovedajú mechanickej práci.
Aj keď vieme, že existujú štyri termodynamické zákony, počnúc od nulového zákona, prvého zákona, druhého zákona a tretieho zákona. Najpoužívanejšími sú však prvý a druhý zákon, preto budeme v tomto obsahu diskutovať a rozlišovať prvý a druhý zákon.
Porovnávacia tabuľka
| Základ pre porovnanie | Prvý zákon termodynamiky | Druhý termodynamický zákon |
|---|---|---|
| výkaz | Energia sa nemôže vytvárať ani ničiť. | Entropia (stupeň porúch) izolovaného systému sa nikdy neznižuje, ale vždy sa zvyšuje. |
| vyjadrenie | ΔE = Q + W sa používa na výpočet hodnoty, ak sú známe nejaké dve veličiny. | ΔS = ΔS (systém) + ΔS (obklopujúci)> 0 |
| Výraz znamená, že | Zmena vnútornej energie systému sa rovná súčtu tepelného toku do systému a práce vykonanej na systéme okolím. | Celková zmena entropie je súčet zmeny entropie systému a okolia, ktorá sa zvýši pre akýkoľvek skutočný proces a nemôže byť menšia ako 0. |
| príklad | 1. Elektrické žiarovky, keď zosvetliajú, premenia elektrickú energiu na svetelnú energiu (žiarivá energia) a tepelnú energiu (tepelná energia). 2. Rastliny premieňajú slnečné svetlo (žiarenie alebo žiarenie) na chemickú energiu v procese fotosyntézy. | 1. Stroje premieňajú vysoko užitočnú energiu ako palivo na menej užitočnú energiu, ktorá sa nerovná energii spotrebovanej pri začatí procesu. 2. Ohrievač v miestnosti využíva elektrickú energiu a odovzdáva teplo do miestnosti, ale miestnosť na oplátku nemôže do ohrievača poskytovať rovnakú energiu. |
Definícia prvého termodynamického zákona
Prvý zákon termodynamiky uvádza, že „ energia nemôže byť vytvorená ani zničená “, môže byť transformovaná iba z jedného štátu do druhého. Toto je známe aj ako zákon zachovania.
Existuje mnoho príkladov na vysvetlenie vyššie uvedeného tvrdenia, ako je napríklad elektrická žiarovka, ktorá využíva elektrickú energiu a premieňa ju na svetelnú a tepelnú energiu.
Všetky druhy strojov a motorov používajú niektoré alebo iné druhy paliva na vykonávanie práce a na vydávanie rôznych výsledkov. Dokonca aj živé organizmy jesť jedlo, ktoré sa trávi a dodáva energiu na vykonávanie rôznych činností.
ΔE = Q + W
Dá sa vyjadriť jednoduchou rovnicou ako ΔE, čo je zmena vnútornej energie systému, ktorá sa rovná súčtu tepla (Q), ktoré tečie cez hranice okolia, a práca sa vykonáva (W) na systém okolím. Predpokladajme však, že ak by tepelný tok bol mimo systému, potom by „Q“ bolo negatívne, podobne, ak by sa práca vykonala v systéme, potom by „W“ bolo tiež negatívne.
Môžeme teda povedať, že celý proces sa spolieha na dva faktory, ktoré sú teplo a práca, a malá zmena v nich povedie k zmene vnútornej energie systému. Ale ako všetci vieme, tento proces nie je taký spontánny a nie je použiteľný zakaždým, pretože energia nikdy spontánne neprúdi z nižšej teploty na vyššiu teplotu.
Definícia druhého termodynamického zákona
Existuje niekoľko spôsobov, ako vyjadriť druhý termodynamický zákon, ale predtým musíme pochopiť, prečo bol zavedený druhý zákon. Myslíme si, že v skutočnom procese každodenného života by prvý termodynamický zákon mal spĺňať, nie je to však povinné.
Napríklad uvážte elektrickú žiarovku v miestnosti, ktorá pokryje elektrickú energiu na teplo (tepelnú) a svetelnú energiu a miestnosť sa zosvetlí, ale spätný chod nie je možný, že ak poskytneme rovnaké množstvo svetla a tepla žiarovka, premení sa na elektrickú energiu. Aj keď toto vysvetlenie nie je v rozpore s prvým termodynamickým zákonom, v skutočnosti to tiež nie je možné.
Podľa vyhlásenia spoločnosti Kelvin-Plancks „Je nemožné pre každé zariadenie, ktoré pracuje v cykle, prijíma teplo z jedného rezervoáru a premieňa ho na 100% na prácu, tj neexistuje žiadny tepelný motor, ktorý má tepelnú účinnosť 100%.“,
Clausius dokonca uviedol, že „nie je možné skonštruovať zariadenie, ktoré pracuje v cykle a odovzdáva teplo z nízkoteplotnej nádrže do vysokoteplotnej nádrže bez vonkajšej práce“.
Z vyššie uvedeného tvrdenia je zrejmé, že druhý zákon o termodynamike vysvetľuje spôsob, akým dochádza k premene energie iba v určitom smere, čo nie je objasnené v prvom zákone o termodynamike.
Druhý termodynamický zákon známy aj ako zákon zvýšenej entropie, ktorý hovorí, že v priebehu času sa entropia alebo stupeň porúch v systéme vždy zvýšia. Zoberme si príklad, prečo sme sa viac pokazili, keď sme začali s prácou so všetkými plánovaniami. So zvyšujúcim sa časom sa teda zvyšuje aj porucha alebo dezorganizácia.
Tento fenomén je použiteľný vo všetkých systémoch, že s využitím užitočnej energie bude nevyužiteľná energia odovzdaná.
ΔS = ΔS (systém) + ΔS (obklopujúci)> 0
Ako je opísané skôr, delS, ktoré sú úplnou zmenou entropie, je súčtom zmeny entropie systému a okolia, ktorá sa zvýši pre akýkoľvek skutočný proces a nemôže byť menšia ako 0.
Kľúčové rozdiely medzi prvým a druhým termodynamickým zákonom
Nižšie sú uvedené základné body na rozlíšenie medzi prvým a druhým termodynamickým zákonom:
- Podľa prvého zákona o termodynamike „Energia nemôže byť vytvorená ani zničená, môže byť transformovaná iba z jednej formy do druhej“. Podľa druhého zákona o termodynamike, ktorý neporušuje prvý zákon, ale hovorí, že energia, ktorá sa mení z jedného štátu do druhého, nie je vždy užitočná a 100% prijatá. Možno teda povedať, že „entropia (stupeň porúch) izolovaného systému sa nikdy neznižuje, ale vždy sa zvyšuje“.
- Prvý zákon termodynamiky možno vyjadriť ako ΔE = Q + W, používa sa na výpočet hodnoty, ak je známa akákoľvek dve veličina, zatiaľ čo druhý zákon o termodynamike možno vyjadriť ako ΔS = ΔS (systém) + ΔS ( okolie)> 0 .
- Výrazy naznačujú, že zmena vnútornej energie systému sa rovná súčtu tepelného toku do systému a práce vykonanej na systéme okolím v prvom zákone. V druhom zákone je celková zmena entropie súčtom zmeny entropie systému a okolia, ktorá sa zvýši pre akýkoľvek skutočný proces a nemôže byť menšia ako 0.
záver
V tomto článku sme diskutovali o termodynamike, ktorá sa neobmedzuje iba na fyziku alebo stroje, ako sú chladničky, autá, práčky, ale tento koncept je použiteľný na každodennú prácu každého. Aj keď sme tu rozlíšili dva najviac mätúce termodynamické zákony, ako vieme, existujú ďalšie dva, ktoré sú ľahko pochopiteľné a nie také protichodné.
