معادل بودن بیان یخچالی و بیان ماشینی قانون دوم ترمودینامیک
معادل بودن بیان یخچالی و بیان ماشینی قانون دوم ترمودینامیک
یخچال گرما را از جسم سردتر میگیرد و به جسم گرمتر میدهد ، ولی عمل آن به انرژی مکانیکی یا کار ورودی نیاز دارد. با تعمیم این مشاهده میگوییم که
هر فرایندی که تنها نتیجهی آن انتقال گرما از جسم سردتر به گرمتر باشد ناممکن است.
این را بیان `یخچالی` قانون دوم مینامیم. (این به بیان کلزیوس نیز معروف است.) ممکن است به نظر برسد که این بیان ارتباط خیلی نزدیکی با بیان `ماشینی` ندارد. در واقع ، به رغم این ، دو بیان کاملاً معادلاند. مثلاً ، اگر میتوانستیم یخچالی بدون نیاز به کار بسازیم ، و این بیان `یخچالی` قانون دوم را نقض میکرد ، میتوانستیم از آن در کنار یک ماشین گرمایی استفاده کنیم و گرمای خروجی از یک ماشین را برای استفادهی مجدد به منبع گرم برگردانیم. این ماشین ترکیبی (شکل زیر) بیان `ماشینی` قانون دوم را نقض میکرد زیرا اثر خالص آن این بود که مقدار خالص گرمایی را از منبع گرم بگیرد و آن را کاملاً به کار W تبدیل کند.
به صورتی دیگر ، اگر میتوانستیم ماشینی با کارایی گرمایی 100% بسازیم ، که این با بیان اول متناقض است ، میتوانستیم با استفاده از گرمای منبع گرم و استفاده از کار خروجی برای به کار انداختن یک یخچال که گرما را از منبع گرم به سرد تلمبه میکرد ، آن را به راه اندازیم (شکل زیر). این وسیلهی ترکیبی بیان `یخچالی` را نقض میکرد زیرا اثر خالص آن این بود که گرمای QC را از منبع سرد بگیرد و آن را بدون نیاز به هیچ کار ورودی به منبع گرم بدهد. بنابراین ، هر وسیلهای که یکی از شکلهای قانون دوم را نقض کند میتواند در ایجاد وسیلهای مورد استفاده قرار گیرد که شکل دیگر را نقض میکند. اگر تخلف از شکل اول ناممکن باشد ، تخلف از شکل دوم نیز ناممکن است!
تبدیل کار به گرما ، نظیر اصطکاک یا جریان شارهی گرانرو ، و شارش گرما از گرم به سرد با یک تغییر دمای معین ، فرایندهایی برگشت ناپذیرند. بیانهای `ماشینی` و `یخچالی` قانون دوم حاکی از این هستند که این فرایندها فقط به طور جزئی میتوانند معکوس شوند. میتوان مثالهای دیگر را شاهد آورد. گازها همواره خود به خود از روزنهای از یک ناحیهی پر فشار به ناحیهی کم فشار نشت میکنند. وقتی گازها و مایعهای قابل اختلاط به حال خود رها شوند تمایل دارند که مخلوط شوند نه این که از هم جدا شوند.
قانون دوم ترمودینامیک این پدیدههای یک طرفه و بسیاری دیگر از فرایندهای برگشت ناپذیر را به خوبی تفسیر میکند. تبدیل انرژی جنبهای اساسی از زندگی تمام گیاهان و جانداران و فناوری بشر است ، به طوری که قانون دوم ترمودینامیک اهمیتی بسیار بنیادی در دنیایی که در آن زندگی میکنیم دارد.
امتیاز: 0.00
وزارت آموزش و پرورش > سازمان پژوهش و برنامهريزی آموزشی
شبکه ملی مدارس ایران رشد
ارسال ها: 2228
شما باید یک عنوان و متن وارد کنید!