Реферат: Другий закон термодинаміки та його значення

Будь-яка машина може робити роботу над зовнішніми тілами тільки за рахунок одержання ззовні кількості теплоти Q (тобто енергії) чи зменшення своєї внутрішньої енергії DU.

Порівняно мало було спроб щодо створення вічних двигунів другого роду. Для роботи звичайного теплового двигуна необхідно мати нагрівач і холодильник. Дуже привабливим здається завдання створення теплової машини, що могла б робити механічну роботу з використанням нагрівача.

Вічний двигун другого роду не протирічить закону збереження енергії і тому цікавить багатьох вчених. Подібні машини змогли б перетворювати теплову енергію в механічну. При цьому передача механічної енергії назовні супроводжувалася б поступовим охолодженням джерела теплової енергії.Якби вдалося сконструювати такий двигун, то його можна було б використати для отримання механічної енергії з теплової енергії океану.

На основі підрахунків встановлено, що при охолодженні світового океану тільки на один градус можна одержати енергію 1026 Дж, якої вистачило б для забезпечення всіх потреб людства при сучасному рівні її споживання на 14000 років.

Дійсно, від океану мохна отримати деяку кількість теплоти, врахувавши, що температура поблизу поверхні вища, ніж на глибині. Оскільки різниця температур становить Т1-Т2 ~ 10 К або навіть менша, то максимально можливий ККД в даному випадку h=(Т1-Т2)/(Т1) тобто порядку 1/30.

Можливість створення такої машини, названої вічним двигуном другого роду, не суперечить першому закону термодинаміки. Однак усі відомі на сьогодні результаты дослідів свідчать про те, що створення вічного двигуна другого роду, є настільки ж нерозв'язним завданням, як і виготовлення вічного двигуна першого роду. Цей досвідчений факт прийнятий у термодинаміку в якості другого основного постулату - другого закону термодинаміки.

Теплопередача мимоволі відбувається тільки в одному напрямку - від гарячого тіла до холодного. Виходить, щоб енергія теплового руху молекул води світового океану перетворилася в механічну енергію, необхідно мати робоче тіло, температура якого нижче температури води в океані.

З цього випливає, що нездійсненно термодинамічний процес, у результаті якого відбувалася би передача тепла від одного тіла до іншого, більш гарячому, без яких-небудь інших змін у природі. Інакше кажучи, неможливо побудувати періодично діючу машину, що безупинно перетворювала б теплоту в роботу тільки за рахунок охолодження одного тіла, без того щоб у навколишніх тілах не відбулося одночасно яких-небудь змін.

Фізичний зміст другого закону термодинаміки полягає в тім, що енергія теплового руху молекул речовини в одному відношенні якісно відрізняється від всіх інших видів енергії - механічної, електричної, хімічної, ядерної і т.д. Ця відмінність полягає в тім, що енергія будь-якого виду, крім енергії теплового руху молекул, може цілком перетворитися в будь-який вид енергії, у тому числі в енергію теплового руху. Енергія ж теплового руху молекул може перетворюватися в будь-який інший вид енергії лише частково. У результаті цього будь-який фізичний процес у якому відбувається перетворення якого-небудь виду енергії в енергію теплового руху молекул, є необоротним процесом, тобто він не може бути здійснений цілком у зворотному напрямку.

Вічний двигун - романтична мрія подвижників, що хотіли дати людству безмежну владу над природою, жадане джерело збагачення для шарлатанів і авантюристів; сотні, тисячі проектів, так ніколи не здійснених; хитромудрі механізми, що, здавалося, от-от повинні були запрацювати, але чомусь залишалися в нерухомості; розбиті долі фанатиків, обмануті надії меценатів... Але через що все це відбувалося ? Через незнання елементарних фізичних законів, через бажання з нічого одержати все. Дотепер у патентні бюро надходять заявки з пристроями, що власне кажучи є вічними двигунами. Очувидно, у самій ідеї вічного двигуна криється якась таємниця, щось, що змушує людей шукати і шукати його секрет. Але, видно так влаштована людина...

Висновки

Для того, щоб пояснити відсутність оборотності процесів, учені в другій половині минулого століття прийшли до формулювання нового закону, відомого за назвою другий початок термодинаміки. Теплота в природних умовах переходить від гарячого тіла до холодного, у той час як від холодного тіла до гарячого теплота сама по собі не переходить. Другий початок термодинаміки - закон зростання ентропії: у замкнутої (тобто ізольованої в тепловому і механічному відношенні) системі ентропія або залишається незмінною (якщо в системі протікають зворотні, рівноважні процеси), або зростає (при нерівних процесах) і в стані рівноваги досягає максимуму. Суть у тому, що в замкнутій системі ентропія може тільки зростати або залишатися сталою. Інакше кажучи, у всякій ізольованій системі теплові процеси однонаправлені, що і приводить до збільшення ентропії. Варто ентропії досягти максимуму, як теплові процеси в такій системі припиняються, що означає прийняття всіма тілами системи однакової температури і перетворення усіх форм енергії в теплову. Виникнення стану термодинамічної рівноваги приводить до припинення всіх макропроцесів, що й означає стан "теплової смерті".Неможливий періодичний процес, єдиним результатом якого було б перетворення теплоти Q при незмінній температурі цілком у роботу W (так що W= Q).Неможливо здійснити періодичний процес, єдиним результатом якого був би добір теплоти в однієї системи при даній температурі і передача в точності тієї ж кількості теплоти іншій системі при більш високій температурі.

Фізичний зміст другого закону термодинаміки полягає в тому, що енергія теплового руху молекул речовини в одному відношенні якісно відрізняється від всіх інших видів енергії - механічної, електричної, хімічної, ядерної і т.д. Ця відмінність полягає в тому, що енергія будь-якого виду, крім енергії теплового руху молекул, може цілком перетворитися в будь-який вид енергії, у тому числі в енергію теплового руху. Енергія ж теплового руху молекул може зазнавати перетворення в будь-який інший вид енергії лише частково. У результаті цього будь-який фізичний процес, у якому відбувається перетворення якого-небудь виду енергії в енергію теплового руху молекул, є необоротним процесом, тобто він не може бути здійснений цілком у зворотному напрямку.

Вираз “машина,що діє періодично”, слід розуміти так, що її робоче тіло здійснює цикли , отже воно в результаті циклу не зазнає ніяких змін і не втрачає своєї енергії. Якби можна було побудувати таку теплову машину, то вона працювала б внаслідок охолодження атмосфери, земної кори, води морів і океанів, тобто за рахунок практично невичерпних джерел енергії.

Список використаних джерел

Ихак-Рубінер Ф. Вічний двигун. М., 1922.

Кабардін О. Ф. Фізика : Довідкові матеріали. М., 1991.

Орд-Хьюм А. Вічний рух. М., 1980.

Перельман Я. И. Цікава фізика. М., 1991.

Д.Джанколі Фізика М.,”МИР”,1989

Блудов М.І. Бесіди з Фізики Київ “Радянська школа” , 1989

Дж. Орір Фізика Москва “МИР”, 1981