Prvi zakon termodinamike je povezan z ohranjanjem energije, drugi zakon termodinamike pa trdi, da so nekateri termodinamični procesi nedopustni in ne sledi v celoti prvemu zakonu termodinamike.
Beseda „ termodinamika “ izhaja iz grških besed, kjer „termo“ pomeni toplota in „dinamika“ pomeni moč. Torej termodinamika je preučevanje energije, ki obstaja v različnih oblikah, kot so svetloba, toplota, električna in kemična energija.
Termodinamika je zelo pomemben del fizike in z njo povezanih področij, na primer kemije, ved o materialih, znanosti o okolju itd. Medtem "pravo" pomeni sistem pravil. Zato zakoni termodinamike obravnavajo eno od oblik energije, ki je toplota, njihovo obnašanje v različnih okoliščinah, ki ustrezajo mehanskemu delu.
Čeprav vemo, da obstajajo štirje zakoni termodinamike, začenši od ničtega zakona, prvega zakona, drugega zakona in tretjega zakona. Toda najbolj uporabljana sta prvi in drugi zakon, zato bomo v tej vsebini razpravljali in razlikovali prvi in drugi zakon.
Primerjalna tabela
| Osnove za primerjavo | Prvi zakon termodinamike | Drugi zakon termodinamike |
|---|---|---|
| Izjava | Energije ne moremo ustvariti niti uničiti. | Entropija (stopnja motenj) izoliranega sistema se nikoli ne zmanjša, temveč se vedno poveča. |
| Izraz | ΔE = Q + W, se uporablja za izračun vrednosti, če sta znani kaki dve količini. | ΔS = ΔS (sistem) + ΔS (okolica)> 0 |
| Izraz pomeni, da to pomeni | Sprememba notranje energije sistema je enaka vsoti toplotnega dotoka v sistem in dela, ki ga v sistemu opravi okolica. | Skupna sprememba entropije je vsota spremembe entropije sistema in okolice, ki se bo povečala za kateri koli dejanski postopek in ne sme biti manjša od 0. |
| Primer | 1. Električne žarnice, ko lahka pretvori električno energijo v svetlobno (sevalno) in toplotno (toplotno) energijo. 2. Rastline pretvorijo sončno svetlobo (svetlobo ali sevalno energijo) v kemično energijo v procesu fotosinteze. | 1. Stroji pretvorijo zelo uporabno energijo, kot so goriva, v manj koristno energijo, ki ni enaka energiji, ki jo porabijo med zagonom postopka. 2. Grelnik v sobi uporablja električno energijo in oddaja toploto v prostor, vendar soba v zameno ne more dati enake energije grelniku. |
Opredelitev prvega zakona termodinamike
Prvi zakon termodinamike pravi, da „ energije ne moremo ustvariti in ne uničiti “, lahko se samo preoblikuje iz enega v drugo stanje. To je znano tudi kot zakon ohranjanja.
Obstaja veliko primerov za razlago zgornje trditve, kot električna žarnica, ki uporablja električno energijo in se pretvori v svetlobo in toploto.
Vse vrste strojev in motorjev uporabljajo eno ali drugo vrsto goriva za opravljanje del in dajanje različnih rezultatov. Tudi živi organizmi jedo hrano, ki se lahko prebavi in zagotavlja energijo za izvajanje različnih dejavnosti.
ΔE = Q + W
Lahko ga izrazimo s preprosto enačbo kot ΔE, kar pomeni, da je sprememba notranje energije sistema enaka vsoti toplote (Q), ki teče čez meje okolice in dela (W) na sistem, ki ga obdaja. Predpostavimo, da če bi toplotni tok izšel iz sistema, bi bil 'Q' negativen, podobno bi bilo, če bi delo opravil sistem, potem bi bilo tudi 'W' negativno.
Tako lahko rečemo, da se celoten postopek opira na dva dejavnika, to sta toplota in delo, in rahla sprememba le-teh bo povzročila spremembo notranje energije sistema. Ker pa vsi vemo, da ta postopek ni tako spontan in ni uporaben vsakič, kot energija nikoli ne prehaja spontano iz nižje temperature v višjo.
Opredelitev drugega zakona termodinamike
Drugi zakon termodinamike lahko izrazimo na več načinov, vendar moramo do takrat razumeti, zakaj je bil uveden drugi zakon. Menimo, da bi moral v dejanskem vsakodnevnem življenju izpolnjevati prvi zakon termodinamike, vendar ni obvezen.
Na primer, razmislite o električni žarnici v sobi, ki bo pokrivala električno energijo v toplotno (toplotno) in svetlobno energijo in prostor se bo osvetlil, vendar obratno ni mogoče, če bomo zagotovili enako količino svetlobe in toplote za žarnica, se bo pretvorila v električno energijo. Čeprav ta razlaga ne nasprotuje prvemu zakonu termodinamike, tudi v resnici ni mogoče.
Glede na izjavo Kelvin-Plancks "Ni mogoče, da nobena naprava, ki deluje v ciklu, dobi toploto iz enega rezervoarja in jo 100% pretvori v delo, tj. Ni toplotnega motorja, ki bi imel 100% toplotni izkoristek." .
Celo Clausius je dejal, da "je nemogoče zgraditi napravo, ki deluje v ciklu in prenaša toploto iz rezervoarja z nizko temperaturo v visokotemperaturni rezervoar brez zunanjih del".
Torej iz zgornje trditve je razvidno, da Drugi zakon termodinamike razlaga o načinu, kako poteka preobrazba energije samo v določeni smeri, kar pa ni razčlenjeno v prvem zakonu termodinamike.
Drugi zakon termodinamike, znan tudi kot zakon povečane entropije, ki pravi, da se bo sčasoma entropija ali stopnja motenj v sistemu vedno povečala. Vzemite primer, da se potem, ko bomo dela napredovali, začnemo bolj zmediti, ko začnemo delati z vsemi načrti. Torej, s povečanjem časa se povečujejo tudi motnje ali neurejenost.
Ta pojav je uporaben v vsakem sistemu, da se bo z uporabo koristne energije oddala neuporabna energija.
ΔS = ΔS (sistem) + ΔS (okolica)> 0
Kot je bilo opisano prej, delS, ki je skupna sprememba entropije, je vsota spremembe entropije sistema in okolice, ki se bo povečala za vsak dejanski postopek in ne sme biti manjša od 0.
Ključne razlike med prvim in drugim zakonom termodinamike
Spodaj so bistvene točke za razlikovanje med prvim in drugim zakonom termodinamike:
- Po prvem zakonu termodinamike "energije ne moremo ustvariti in ne uničiti, temveč se lahko samo preoblikuje iz ene oblike v drugo". Po drugem zakonu termodinamike, ki prvega zakona ne krši, pravi pa, da energija, ki se preoblikuje iz enega v drugo stanje, ni vedno uporabna in stoodstotno porabljena. Torej lahko trdimo, da se „entropija (stopnja motenj) izoliranega sistema nikoli ne zmanjša, temveč se vedno poveča“.
- Prvi zakon termodinamike se lahko izrazi kot ΔE = Q + W, za izračun vrednosti se uporablja, če sta kaki dve količini znani, drugi zakon termodinamike pa lahko izrazimo kot ΔS = ΔS (sistem) + ΔS ( okolica)> 0 .
- Izrazi pomenijo, da je sprememba notranje energije sistema enaka vsoti toplotnega dotoka v sistem in dela, ki ga v prvem zakonu dela sistem. V drugem zakonu je skupna sprememba entropije vsota spremembe entropije sistema in okolice, ki se bo povečala za vsak dejanski postopek in ne sme biti manjša od 0.
Zaključek
V tem članku smo razpravljali o termodinamiki, ki ni omejena na fiziko ali stroje, kot so hladilniki, avtomobili, pralni stroj, ampak ta koncept velja za vsakodnevno delo. Čeprav smo tukaj ločili dva najbolj zmedena zakona termodinamike, saj vemo, da obstajata še dva, ki ju je enostavno razumeti in ni tako nasprotujoča si.
