První zákon termodynamiky souvisí s úsporou energie, zatímco druhý zákon termodynamiky tvrdí, že některé termodynamické procesy jsou nepřípustné a úplně se neřídí prvním zákonem termodynamiky.
Slovo „ termodynamika “ je odvozeno z řeckých slov, kde „termo“ znamená teplo a „dynamika“ znamená sílu. Termodynamika je tedy studiem energie, která existuje v různých formách, jako je světelná, tepelná, elektrická a chemická energie.
Termodynamika je velmi důležitou součástí fyziky a souvisejících oborů, jako je chemie, věda o materiálech, environmentální věda atd. Mezitím „zákon“ znamená systém pravidel. Zákony termodynamiky se proto zabývají jednou z forem energie, kterou je teplo, jejich chování za různých okolností odpovídajících mechanické práci.
Ačkoli víme, že existují čtyři termodynamické zákony, počínaje od nulového zákona, prvního zákona, druhého zákona a třetího zákona. Nejpoužívanější jsou však první a druhý zákon, a proto v tomto obsahu budeme diskutovat a rozlišovat první a druhý zákon.
Srovnávací tabulka
| Základ pro srovnání | První zákon termodynamiky | Druhý termodynamický zákon |
|---|---|---|
| Tvrzení | Energie nemůže být vytvořena ani zničena. | Entropie (stupeň poruch) izolovaného systému nikdy neklesá, ale vždy se zvyšuje. |
| Výraz | ΔE = Q + W se používá pro výpočet hodnoty, pokud jsou známy dvě veličiny. | ΔS = ΔS (systém) + ΔS (obklopující)> 0 |
| Výraz to znamená | Změna vnitřní energie systému se rovná součtu tepelného toku do systému a práce provedené na systému okolím. | Celková změna entropie je součtem změn entropie systému a okolí, které se zvýší pro jakýkoli skutečný proces a nemohou být menší než 0. |
| Příklad | 1. Elektrické žárovky, když zesvětlí převádí elektrickou energii na světelnou energii (sálavá energie) a tepelnou energii (tepelná energie). 2. Rostliny přeměňují sluneční světlo (světelnou nebo sálavou energii) na chemickou energii v průběhu fotosyntézy. | 1. Stroje přeměňují vysoce užitečnou energii jako paliva na méně užitečnou energii, která se nerovná energii spotřebované při zahájení procesu. 2. Ohřívač v místnosti využívá elektrickou energii a vydává teplo do místnosti, ale místnost na oplátku nemůže ohřívači poskytovat stejnou energii. |
Definice prvního termodynamického zákona
První zákon termodynamiky říká, že „ energii nelze vytvořit ani zničit “, lze ji transformovat pouze z jednoho stavu do druhého. Toto je také známé jako zákon zachování.
Existuje mnoho příkladů, které vysvětlují výše uvedené tvrzení, jako je elektrická žárovka, která používá elektrickou energii a přeměňuje se na světelnou a tepelnou energii.
Všechny druhy strojů a motorů používají některé nebo jiné druhy paliva za účelem vykonávání práce a poskytování různých výsledků. Dokonce i živé organismy jedí jídlo, které se tráví a dodává energii k provádění různých činností.
ΔE = Q + W
Lze ji vyjádřit jednoduchou rovnicí jako ΔE, což je změna vnitřní energie systému, která se rovná součtu tepla (Q), které protéká přes hranice okolí, a práce se provádí (W) na systém okolím. Předpokládejme však, že pokud by tok tepla byl mimo systém, pak by „Q“ bylo záporné, podobně, pokud by práce byla prováděna systémem, pak by „W“ bylo také záporné.
Můžeme tedy říci, že celý proces závisí na dvou faktorech, které jsou teplo a práce, a malá změna v nich povede ke změně vnitřní energie systému. Ale jak všichni víme, že tento proces není tak spontánní a není aplikovatelný pokaždé, jako energie nikdy spontánně neteče z nižší teploty na vyšší teplotu.
Definice druhého termodynamického zákona
Existuje několik způsobů, jak vyjádřit druhý zákon termodynamiky, ale do té doby musíme pochopit, proč byl zaveden druhý zákon. Myslíme si, že ve skutečném procesu každodenního života by první termodynamický zákon měl splňovat, ale není to povinné.
Zvažte například elektrickou žárovku v místnosti, která pokryje elektrickou energii na teplo (tepelnou) a světelnou energii a místnost se zesvětlí, ale naopak není možné, že pokud poskytneme stejné množství světla a tepla žárovka, přemění se na elektrickou energii. Ačkoli toto vysvětlení není v rozporu s prvním zákonem termodynamiky, ve skutečnosti to také není možné.
Podle prohlášení společnosti Kelvin-Plancks „Je nemožné pro jakékoli zařízení, které pracuje v cyklu, přijímá teplo z jedné nádrže a přeměňuje ji na 100% na práci, tj. Neexistuje žádný tepelný motor, který má tepelnou účinnost 100%“. .
Clausius dokonce řekl, že „je nemožné postavit zařízení, které pracuje v cyklu a přenášet teplo z nízkoteplotní nádrže do vysokoteplotní nádrže v případě nepřítomnosti externích prací“.
Z výše uvedeného tvrzení je tedy zřejmé, že druhý zákon o termodynamice vysvětluje způsob, jakým dochází k transformaci energie pouze v určitém směru, což není objasněno v prvním zákoně o termodynamice.
Druhý termodynamický zákon známý také jako zákon zvýšené entropie, který říká, že v průběhu času se entropie nebo stupeň poruch v systému vždy zvýší. Představme si příklad, proč jsme si více pokazeni, jakmile práce začne se všemi plánováním, jak práce pokračuje. S rostoucím časem tedy rostou i poruchy nebo dezorganizace.
Tento jev je použitelný ve všech systémech, že s využitím užitečné energie bude nepoužitelná energie rozdána.
ΔS = ΔS (systém) + ΔS (obklopující)> 0
Jak bylo popsáno výše, delS, které jsou úplnou změnou entropie, je součtem změn entropie systému a okolí, které se zvýší pro jakýkoli skutečný proces a nemohou být menší než 0.
Klíčové rozdíly mezi prvním a druhým zákonem termodynamiky
Níže jsou uvedeny základní body pro rozlišení mezi prvním a druhým zákonem termodynamiky:
- Podle prvního zákona o termodynamice „Energie nemůže být vytvořena ani zničena, může být přeměněna pouze z jedné formy do druhé“. Podle druhého zákona o termodynamice, který neporušuje první zákon, ale říká, že energie, která se přeměňuje z jednoho státu do druhého, není vždy užitečná a 100% po převzetí. Lze tedy říci, že „entropie (stupeň poruch) izolovaného systému nikdy neklesá, ale vždy se zvyšuje“.
- První zákon termodynamiky lze vyjádřit jako ΔE = Q + W, používá se pro výpočet hodnoty, je-li známá jakákoli dvě veličina, zatímco druhý zákon o termodynamice lze vyjádřit jako ΔS = ΔS (systém) + ΔS ( okolní)> 0 .
- Výrazy znamenají, že změna vnitřní energie systému se rovná součtu tepelného toku do systému a práce provedené na systému okolím v prvním zákoně. Podle druhého zákona je celková změna entropie součtem změn entropie systému a okolí, které se pro jakýkoli skutečný proces zvýší a nemohou být menší než 0.
Závěr
V tomto článku jsme diskutovali termodynamiku, která se neomezuje pouze na fyziku nebo strojní zařízení, jako jsou ledničky, auta, pračky, ale tento koncept je použitelný pro každodenní práci každého. I když jsme zde rozlišovali dva nejasné termodynamické zákony, protože víme, že existují další dvě, která jsou snadno srozumitelná a nejsou tak protichůdná.
