Другі закон тэрмадынамікі

Яшчэ ў даўнія часы была прыкмечана заканамернасць размеркавання цяпла: цеплыня можа самаадвольна пераходзіць ад нагрэтага цела з больш высокай тэмпературай да менш нагрэтым. Другі закон тэрмадынамікі, які тлумачыць гэты працэс, быў адкрыты эксперыментальным шляхам. Упершыню яго сутнасць выклаў у 1824 годзе С. Карно, французскі інжынер, які вызначыў, якім чынам і пры якіх умовах агонь пераходзіў ў карысную працу ў машынах таго часу. У сярэдзіне XIX стагоддзя на аснове гэтага нямецкі навуковец Рудольф Клаузиус сфармуляваў правіла, якое цяпер вядома як другі закон тэрмадынамікі. Сутнасць яго ў тым, што цеплыня ніколі не пераходзіць да больш нагрэтым целе ад менш нагрэтага самаадвольна, гэта значыць пераход цяпла да цела з большай тэмпературай павінен кампенсавацца вонкавым падводам энергіі. У якасці прыкладу можна прывесці халадзільныя ўстаноўкі. Пазней У. Томсан і некаторыя іншыя навукоўцы ўдакладнілі фармулёўку гэтага закона.

Гэты прынцып варта разумець нават больш шырока, чым у трактоўцы Рудольфа Клаузиуса. Возьмем, да прыкладу, ператварэнне працы ў цеплыню. Яно можа быць выраблена сілай трэння. Пры гэтым праца перакладаецца ў цеплыню цалкам, без усялякіх дадатковых намаганняў і кампенсацый. Адваротнае ператварэнне само па сабе немагчыма. Перакладзеныя атрыманага цяпла ў працу - гэта ўжо штучны працэс, гэта значыць які патрабуе спецыяльных, штучна арганізаваных умоў.

У цэлым, другі закон тэрмадынамікі фармулюе прынцыпы праходжання і накіраванасці натуральных працэсаў. Зыходзячы з яго, можна растлумачыць функцыянаванне шэрагу прыбораў. Так, цеплавыя рухавікі працуюць за кошт розніцы тэмператур, дзякуючы якім цяпло пераходзіць ад нагрэтай дэталі да халоднай - ад теплоотдатчика да теплоприемнику. І ў гэтым выпадку ККД прылады не можа быць стопрацэнтным. То бок, не ўся цеплыня ператвараецца ў працу, а толькі яе частка. Гэтым можна часткова растлумачыць тое, што стварыць вечны рухавік (другога роду) у прынцыпе немагчыма. Іншымі словамі, ніколі не вынайдуць прылада, якое б цалкам і без якой-небудзь кампенсацыі ператварала цеплыню ў працу. Зыходзячы з усяго сказанага вышэй, навукоўцы Р. Клаузиус і У. Томпсан вызначылі фармулёўку другога закона тэрмадынамікі. Па-першае, самаадвольна цеплыня не можа пераходзіць ад меней цёплых да больш цёплым целам; па-другое, не ўся цеплыня, накіраваная ад теплоотдатчика да теплоприемнику, пераходзіць у карысную працу, а толькі толькі яе частка. Ёсць таксама некалькі падобных фармулёвак, якія ў цэлым з'яўляюцца адлюстраваннем вышэйпрыведзеных. Пераходзячы ад теплопередатчика да теплоприемнику, энергія нікуды не знікае, таму законе аб захаванні агульнай колькасці энергіі не супярэчыць другі закон тэрмадынамікі. Вызначэнне яго распрацоўвалася некалькімі навукоўцамі і складаецца з некалькіх асноўных тэзісаў, якія і разглядаюцца ў дадзеным артыкуле.

Працэсы, якія звязаны з ператварэннем энергіі, самаадвольна могуць працякаць толькі ў тым выпадку, калі энергія з канцэнтраванай формы перайшла ў рассеяцца. Адна з самых галоўных здольнасцяў, уласцівая як людзям, так і біясферы, экасістэмам - гэта здольнасць да нізкай энтрапіі. Апошні тэрмін азначае стаўленне колькасці цяпла да велічыні тэмпературы, з'яўляецца свайго роду мерай хаосу і звязаны з стратай здольнасці якой-небудзь сістэмы выконваць пэўную працу; пры змене аб'ёму сістэмы ці яе энергіі энтрапія памяншаецца.

У 1865 году Р. Клаузиус канчаткова сфармуляваў другі закон тэрмадынамікі. Энтрапія, па яго вызначэнні, узрастае, калі ў якой-небудзь замкнёнай нераўнаважнай сістэме адбываюцца самаадвольныя працэсы.

Другі закон тэрмадынамікі падпарадкоўвае сабе так званы прынцып экалагічных пірамід; акрамя таго, ён - крыніца Закона Ліндэман, які тлумачыць прынцыпы цыркуляцыі энергіі ў экасістэме. Ён паказвае на Аднанакіраваная (незваротны) адбываюцца ў прыродзе самаадвольных працэсаў. У адпаведнасці з ім, энергія ператвараецца ў цеплыню, а цеплыня перадаецца больш халоднага цела ад нагрэтага, што прыводзіць да выраўноўвання тэмператур на нізкім узроўні, наступствам якога з'яўляецца спыненне усялякіх формаў руху матэрыі, або т. Зв. «Цеплавая смерць». Калі гаварыць зразумелай і простай мовай, то сутнасць другі закон тэрмадынамікі такая: усё самаадвольныя, натуральныя працэсы заканчваюцца хаосам, дэградацыяй. Гэта можна патлумачыць на такім прыкладзе: калі дом на доўгія гады пакінуць без гаспадара, ён пачне паступова прыходзіць у заняпад, разбурацца.