Δήλωση Clausius
Η θερμότητα δεν μπορεί να μεταφερθεί από μόνη της από ένα κρύο σε ένα ζεστό σύστημα χωρίς να γίνει κάποια εξωτερική δραστηριότητα στο σύστημα. Αυτό ακριβώς έχουν σχεδιαστεί για να κάνουν τα ψυγεία και οι αντλίες θερμότητας. Η θερμότητα μετακινείται από το ζεστό στο κρύο σε ένα ψυγείο, αλλά μόνο όταν αναγκάζεται να το κάνει από εξωτερική εργασία. Τα ψυγεία τροφοδοτούνται από ηλεκτρικούς κινητήρες, οι οποίοι απαιτούν τη συμβολή του περιβάλλοντός τους για να λειτουργήσουν.
Ποια είναι η δήλωση του Clausius;
Ο Clausius έδειξε ότι όταν μια μικρή ποσότητα θερμότητας q εισάγεται σε ένα σύστημα που βρίσκεται σε απόλυτη θερμοκρασία T, το σύστημα θα υποστεί μια διαδικασία και ότι η αναλογία Q/T είναι η ίδια για όλες τις αναστρέψιμες διεργασίες, η οποία ήταν προηγουμένως άγνωστη. Υπολόγισε την τιμή Q/T =dS και όρισε το S ως εντροπία.
Η θέρμανση από μια δεξαμενή χαμηλότερης θερμοκρασίας σε μια δεξαμενή που είναι πιο ζεστή δεν είναι εφικτή από μόνη της. Για να το θέσω αλλιώς, η μεταφορά θερμότητας γίνεται αυτόματα μόνο όταν πέφτουν οι θερμοκρασίες. Για παράδειγμα, δεν μπορούμε να σχεδιάσουμε ένα ψυγείο που να λειτουργεί μόνο με ηλεκτρισμό.
Ποιος ήταν ο Ρούντολφ Κλαούσιους;
Το πλήρες όνομα του Rudolf είναι Rudolf Julius Emanuel Clausius. Ήταν Γερμανός μαθηματικός και φυσικός που ήταν υπεύθυνος για την ανάπτυξη της θερμοδυναμικής και του ισχυρισμού Clausius. Βρήκε πολλές ιδέες για το πώς λειτουργούν η θερμότητα και οι ιδιότητες, κάτι που είναι μια επαναδιατύπωση του κύκλου Carnot. Το έτος 1850, έγραψε επίσης μια εργασία με τίτλο «Η κινούμενη δύναμη της θερμότητας». Το 1865 πρότεινε την ιδέα της εντροπίας και το 1970 το θεώρημα του ιού.
Δήλωση Kelvin – Planck
Για οποιαδήποτε δεδομένη ποσότητα θερμότητας, ένα σύστημα δεν μπορεί να παρέχει την ίδια ποσότητα εργασίας που λαμβάνει από μια δεξαμενή υψηλής θερμοκρασίας. Ενώ ένα σύστημα που μετατρέπει την εργασία σε θερμότητα είναι δυνατό, μια συσκευή που μετατρέπει τη θερμότητα ξανά σε εργασία δεν είναι βιώσιμη. Από την άλλη πλευρά, η θερμική απόδοση δεν μπορεί να είναι 100 τοις εκατό με έναν θερμικό κινητήρα.
Εφαρμογή του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής
Η θερμότητα μεταφέρεται πάντα από ένα θερμότερο σε ένα πιο ψυχρό σώμα.
Τα ψυγεία και οι αντλίες θερμότητας υπόκεινται στον δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο, ο οποίος βασίζεται αποκλειστικά στον κύκλο Αντεστραμμένο Carnot. Όλοι οι τύποι κύκλων θερμικής μηχανής, όπως το Otto και το ντίζελ, υπόκεινται στον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής.
Όταν χρειάζεται να παγώσουμε κάτι, το τοποθετούμε στο ψυγείο για να φύγει η φωτιά. Ωστόσο, αυτό δεν συμβαίνει αυτόματα. Η χρήση συμπιεστή για την παροχή εξωτερικής εργασίας παγώνει το φαγητό και η ίδια αρχή χρησιμοποιείται σε κλιματιστικά και αντλίες θερμότητας.
Εντροπία
Ο βαθμός τάξης και αταξίας, καθώς και η αναστρεψιμότητα και η μη αναστρεψιμότητα, σχετίζονται όλα με την εντροπία. Η έννοια της εντροπίας στη θερμοδυναμική χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση του βαθμού διαφοράς μεταξύ μη αναστρέψιμων και αναστρέψιμων διεργασιών. Εάν ένα σύστημα παραμένει απομονωμένο, η εντροπία του συστήματος συνεχίζει να αυξάνεται λόγω μη αναστρέψιμων διεργασιών μέχρι να φτάσει στην υψηλότερη πιθανή τιμή μόλις το σύστημα εισέλθει σε θερμοδυναμική ισορροπία. Όλες οι μη αναστρέψιμες διεργασίες σταματούν στην κατάσταση της ισορροπίας. Όταν ένα σύστημα αρχίζει να μεταφέρει εντροπία στο περιβάλλον του, δεν βρίσκεται πλέον σε ισορροπία και συμβαίνουν μη αναστρέψιμες διεργασίες, με αποτέλεσμα τη δημιουργία εντροπίας. Η μεταφορά θερμότητας ή μάζας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μεταφορά της εντροπίας. Λόγω της εντροπίας που δημιουργείται από μη αναστρέψιμες διεργασίες εντός του συστήματος, η συνολική εντροπία (σύστημα+περιβάλλον) στην κατάσταση εξόδου είναι μεγαλύτερη από την εντροπία στην κατάσταση εισόδου, εάν δεν υπάρχει συσσώρευση εντροπίας εντός του συστήματος. Ο όρος "εντροπία" αναφέρεται σε ένα ευρύ φάσμα ιδιοτήτων.
Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής
Σύμφωνα με τον δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο, όταν η ενέργεια μεταφέρεται ή μεταβάλλεται, όλο και περισσότερο σπαταλάται κατά τη διαδικασία. Στη θερμοδυναμική, υπάρχουν τέσσερις νόμοι που περιγράφουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ της θερμικής ενέργειας (θερμότητας) και άλλων μορφών ενέργειας, καθώς και πώς η ενέργεια επηρεάζει την ύλη. Αυτός είναι ένας από αυτούς τους νόμους. Ο Πρώτος Νόμος της Θερμοδυναμικής υποστηρίζει ότι η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί. η συνολική ποσότητα ενέργειας που είναι διαθέσιμη για χρήση από όλα τα πράγματα στο σύμπαν παραμένει σταθερή. Ο Δεύτερος Νόμος της Θερμοδυναμικής ασχολείται με τη φύση της ενέργειας και πώς μπορεί να μετασχηματιστεί.
Διάγραμμα δηλώσεων Clausius
Συμπέρασμα
Στη θερμοδυναμική, υπάρχουν τέσσερις νόμοι που περιγράφουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ της θερμικής ενέργειας (θερμότητας) και άλλων μορφών ενέργειας, καθώς και πώς η ενέργεια επηρεάζει την ύλη. Ο Πρώτος Νόμος της Θερμοδυναμικής υποστηρίζει ότι η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί. η συνολική ποσότητα ενέργειας που είναι διαθέσιμη για χρήση από όλα τα πράγματα παραμένει σταθερή.
