Первый закон термодинамики связан с сохранением энергии, в то время как второй закон термодинамики утверждает, что некоторые термодинамические процессы недопустимы и не полностью следуют первому закону термодинамики.
Слово « термодинамика » происходит от греческих слов, где «Термо» означает тепло, а «динамика» означает силу. Таким образом, термодинамика - это изучение энергии, которая существует в различных формах, таких как свет, тепло, электрическая и химическая энергия.
Термодинамика является очень важной частью физики и связанных с ней областей, таких как химия, материаловедение, экология и т. Д. Между тем, «Закон» означает систему правил. Поэтому законы термодинамики имеют дело с одной из форм энергии, которая является теплом, их поведение при различных обстоятельствах, соответствующих механической работе.
Хотя мы знаем, что есть четыре закона термодинамики, начиная с нулевого закона, первого закона, второго закона и третьего закона. Но наиболее часто используются первый и второй законы, поэтому в этом содержании мы будем обсуждать и дифференцировать первый и второй законы.
Сравнительная таблица
| Основа для сравнения | Первый закон термодинамики | Второй закон термодинамики |
|---|---|---|
| утверждение | Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. | Энтропия (степень нарушений) изолированной системы никогда не уменьшается, а всегда увеличивается. |
| выражение | E = Q + W, используется для расчета значения, если известны какие-либо две величины. | ΔS = ΔS (система) + ΔS (окружающая среда)> 0 |
| Выражение подразумевает, что | Изменение внутренней энергии системы равно сумме теплового потока в систему и работы, выполняемой в системе окружающим. | Общее изменение энтропии - это сумма изменения энтропии системы и окружения, которое будет увеличиваться для любого реального процесса и не может быть меньше 0. |
| пример | 1. Электрические лампочки, когда светильник преобразует электрическую энергию в энергию света (лучистую энергию) и тепловую энергию (тепловая энергия). 2. Растения преобразуют солнечный свет (свет или лучистую энергию) в химическую энергию в процессе фотосинтеза. | 1. Машины преобразуют очень полезную энергию, такую как топливо, в менее полезную энергию, которая не равна энергии, потребляемой при запуске процесса. 2. Обогреватель в комнате использует электрическую энергию и отдает тепло в помещение, но взамен помещение не может обеспечить такую же энергию для обогревателя. |
Определение первого закона термодинамики
Первый закон термодинамики гласит, что « энергия не может быть ни создана, ни уничтожена », она может быть преобразована только из одного состояния в другое. Это также известно как закон сохранения.
Существует множество примеров, объясняющих приведенное выше утверждение, например, электрическая лампочка, которая использует электрическую энергию и преобразует ее в энергию света и тепла.
Все виды машин и двигателей используют тот или иной вид топлива для выполнения работы и выдачи разных результатов. Даже живые организмы едят пищу, которая переваривается и дает энергию для выполнения различных действий.
ΔE = Q + W
Это может быть выражено простым уравнением как ΔE, которое означает, что изменение внутренней энергии системы равно сумме тепла (Q), которое течет через границы окружающей среды, и работа выполняется (Вт) на Система окружающим. Но предположим, что если бы тепловой поток вышел из системы, то «Q» было бы отрицательным, аналогично, если бы работа выполнялась системой, то «W» также было бы отрицательным.
Таким образом, мы можем сказать, что весь процесс зависит от двух факторов: тепла и работы, и небольшое их изменение приведет к изменению внутренней энергии системы. Но, как мы все знаем, этот процесс не так спонтан и не применим каждый раз, как энергия никогда не переходит самопроизвольно из более низкой температуры в более высокую температуру.
Определение второго закона термодинамики
Есть несколько способов выразить второй закон термодинамики, но до этого нам нужно понять, почему был введен второй закон. Мы думаем, что в реальном процессе повседневной жизни первый закон термодинамики должен удовлетворять, но это не обязательно.
Например, рассмотрим электрическую лампочку в комнате, которая будет перерабатывать электрическую энергию в тепловую (тепловую) и световую энергию, и комната станет светлее, но обратное невозможно, если мы обеспечим такое же количество света и тепла для лампочка, она превратится в электрическую энергию. Хотя это объяснение не противоречит первому закону термодинамики, в действительности это также невозможно.
Согласно заявлению Кельвина-Планка: «Это невозможно для любого устройства, которое работает в цикле, получает тепло из одного резервуара и преобразует его на 100% в работу, т. Е. Не существует теплового двигателя с тепловым КПД 100%»,
Даже Клаузиус сказал, что «невозможно создать устройство, которое работает в цикле и передает тепло из низкотемпературного резервуара в высокотемпературный резервуар при отсутствии внешней работы».
Таким образом, из приведенного выше утверждения ясно, что Второй закон термодинамики объясняет, как преобразование энергии происходит только в определенном направлении, что не проясняется в первом законе термодинамики.
Второй закон термодинамики, также известный как закон повышенной энтропии, гласит, что со временем энтропия или степень нарушений в системе всегда будет увеличиваться. Вот пример, почему мы все больше запутываемся после начала любой работы со всеми планировками в процессе работы. Таким образом, с увеличением времени, расстройства или дезорганизация также увеличивается.
Это явление применимо в любой системе, когда с использованием полезной энергии, непригодная энергия будет отдана.
ΔS = ΔS (система) + ΔS (окружающая среда)> 0
Как описано ранее, delS, являющиеся общим изменением энтропии, представляют собой сумму изменений энтропии системы и окружения, которая будет увеличиваться для любого реального процесса и не может быть меньше 0.
Ключевые различия между первым и вторым законами термодинамики
Ниже приведены основные моменты, по которым следует различать первый и второй законы термодинамики:
- Согласно Первому Закону Термодинамики «Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, она может быть преобразована только из одной формы в другую». Согласно второму закону термодинамики, который не нарушает первый закон, но говорит, что энергия, которая превращается из одного состояния в другое, не всегда полезна и на 100% принимается. Таким образом, можно констатировать, что «энтропия (степень нарушений) изолированной системы никогда не уменьшается, а всегда увеличивается».
- Первый закон термодинамики может быть выражен как ΔE = Q + W, используется для вычисления значения, если известны любые две величины, тогда как Второй закон термодинамики может быть выражен как ΔS = ΔS (система) + ΔS ( окружающие)> 0 .
- Выражения подразумевают, что изменение внутренней энергии системы равно сумме теплового потока в систему и работы, выполненной над системой окружающим в Первом Законе. Во втором законе общее изменение энтропии - это сумма изменения энтропии системы и окружения, которое будет увеличиваться для любого реального процесса и не может быть меньше 0.
Вывод
В этой статье мы обсудили термодинамику, которая не ограничивается физикой или механизмами, такими как холодильники, автомобили, стиральные машины, но эта концепция применима к повседневной работе каждого человека. Хотя здесь мы различаем два самых запутанных закона термодинамики, поскольку мы знаем, что есть еще два, которые легко понять и не так противоречивы.
