Други принцип термодинамике

Други принцип термодинамике наводи да се укупна ентропија изолованог система никада не може смањити током времена. Укупна ентропија система и његовог окружења може да остане константна у идеалним случајевима где је систем у термодинамичкој равнотежи, или се у њему одвија (фиктивни) реверзибилни процес. У свим процесима који се јављају, укључујући спонтане процесе, укупна ентропија система и његовог окружења се повећава и процес је неповратан у термодинамичком смислу. Пораст ентропије објашњава неповратност природних процеса, и асиметрију између будућности и прошлости. Други принцип термодинамике одређује смер топлотних процеса: топлота никада не прелази спонтано са тела које има нижу температуру на тело које има вишу температуру. Поред смера топлотних процеса, други принцип термодинамике показује немогућност постојања перпетуум мобиле друге врсте.

Историјски, други закон је био емпиријски налаз који је био прихватан као аксиом термодинамичке теорије. Статистичка механика, класична или квантна, објашњава микроскопско порекло закона.

Други закон је био изражен на много начина. Његову прву формулацију је произвео француски физичар Сади Карно, који је 1824. године показао да постоји горња граница ефикасности конверзије топлоте у рад, у топлотној машини.

Дефиниције другог принципа термодинамике

Постоји више дефиниција другог принципа термодинамике а најпознатија су Клаузијусово, Планково, Болцманово, Карноово.

Клаузијусово начело: Ентропија изолованог система није равнотежна, већ временом тежи да се приближи максимуму.

Планково начело: Немогуће је конструисати машину са периодичним дејством која не ради ништа друго осим што подиже терет и хлади топлотни резервоар. Други закон термодинамике указује нам да процес претварања топлоте у рад (а према томе и хлађење тела које одаје топлоту) не појављује као једини исход овог процеса, већ морају постојати и други резултати.

Карно: Највећи коефицијент корисног дејства топлотне машине не зависи од врсте тела које посредује и потпуно је одређен почетном и крајњом температуром рада машине.

Перпетуум мобиле друге врсте

Први принцип термодинамике оставља теоријску могућност да се сва количина топлоте претвори у рад. Ако бисмо били у могућности да конструишемо такву машину која би потпуно претворила топлоту у користан рад, а да овој машини не треба хладњак, она би била перпетуум мобиле друге врсте.

То значи да не постоји могућност претварање целокупне топлоте у користан рад без губитака енергије.

Перпетуум мобиле прве врсте и перпетуум мобиле друге врсте, међусобно се не искључују.

Статистички смисао другог принципа термодинамике

Прелазак изолованог термодинамичког система из мање вероватног у вероватнији облик

Лудвиг Болцман је дефинисао други принцип термодинамике са статистичког становишта:

„Изолован и препуштен самом себи термодинамички систем ће прећи из мање вероватног у вероватније стање“.

Претпоставимо да имамо посуду у којој се налазе два гаса међусобно одвојена преградом (на слици фаза 1). Након уклања преграде гасови ће прећи из мање вероватног стања (на слици стање до под бројем 1) у вероватније стање (на слици стање под број 2). Значи већа је вероватноћа да ће доћи до мешања два гаса пре него да ће остати у првобитном стању. Ентропија система се повећала.

$\mathrm{\Delta }S\ge 0$

У затвореним системима ентропија може само да расте достижући максимум у стању термодинамичке равнотеже.

Примена другог принципа термодинамике

Клима уређај

Расхладни уређаји раде као примена другог принципа термодинамике. Клима-уређаји хладе просторију на основу загревања спољашњег ваздуха.

Временске стреле

Временске стреле дају времену смер и разликују прошлост од будућности.

Зашто не можемо да видимо како се разбијена чаша на поду сама враћа назад на сто?

Разлог лежи у другом принципу термодинамике. Током времена ентропија неког система се повећава или остаје константна, она се никада не смањује.

Постоје три временске стреле.

Максвелов демон

Све је заправо потекло од чувеног шкотског математичара и физичара Џејмса Клерка Максвела (1831—1879). Максвел је осмислио један мисаони експеримент уз помоћ кога је желео да оспори други закон термодинамике.

Прост приказ Максвеловог демона

Замислимо такође једну кутију у којој се налазе два гаса. Кутија је издељена на два дела А и Б. Кутија је преграђена и само створење (демон) која се налази на средини кутије има могућност да пропушта молекуле. Том демону дата је могућност да пропушта само брзе молекуле из дела А у део Б, и да пропушта само споре молекуле из дела Б у део А.

Више чињеница

Ентропија свемира се стално повећава.

За црне рупе такође важи други принцип термодинамике. Ентропија у њима расте, што значи да имају температуру и извесно зрачење (Хокингово зрачење).

Економиста Николас Георгеску-Реген показао је the значај закона о ентропији у пољу економије (његов рад Закон ентропије и процеси у економији (The Entropy Law and the Economic Process (1971), Harvard University Press)).

Види још

• Максвелов демон
• Временске стреле
• Перпетуум мобиле друге врсте

Литература

• Шаблон:Cite book
• Шаблон:Cite book
• Adkins, C.J. (1968/1983). Шаблон:Cite book, (1st edition 1968), third edition, Cambridge UK. .
• Шаблон:Cite book.
• Шаблон:Cite book.
• Шаблон:Cite book.
• Шаблон:Cite book.
• Шаблон:Cite book
• Boltzmann, L. (1896/1964). Lectures on Gas Theory, translated by S.G. Brush, University of California Press, Berkeley.
• Шаблон:Cite book, seventh edition, Wiley. .
• Шаблон:Cite book. Cambridge UK.
• Bridgman, P.W. Шаблон:Cite book. Cambridge MA.
• Callen, H.B. (1960/1985). Шаблон:Cite book, (1st edition 1960) 2nd edition Wiley. .
• Шаблон:Cite journal. A translation may be found here [1]. Also a mostly reliable translation is to be found at Kestin, J. Шаблон:Cite book, Dowden, Hutchinson & Ross, Stroudsburg PA.
• Carnot, S. (1824/1986). Шаблон:Cite book. Manchester UK. . Also here.
• Chapman, S., Cowling, T.G. (1939/1970). The Mathematical Theory of Non-uniform gases. An Account of the Kinetic Theory of Viscosity, Thermal Conduction and Diffusion in Gases, third edition 1970, Cambridge University Press, London.
• Шаблон:Cite journal Translated into English: Шаблон:Cite journal
• Шаблон:Cite journal Translated into English: Шаблон:Cite journal Reprinted in: Шаблон:Cite book
• Denbigh, K. (1954/1981). Шаблон:Cite book, fourth edition,, Cambridge UK. .
• Шаблон:Cite book, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht. .
• Gibbs, J.W. (1876/1878). On the equilibrium of heterogeneous substances, Trans. Conn. Acad., 3: 108-248, 343-524, reprinted in The Collected Works of J. Willard Gibbs, Ph.D, LL. D., edited by W.R. Longley, R.G. Van Name, Longmans, Green & Co., New York, 1928, volume 1, pp. 55–353.
• Шаблон:Cite book.
• Шаблон:Cite book
• Шаблон:Cite book
• Greven, A., Keller, G., Warnecke (editors) Шаблон:Cite book. Princeton NJ. .
• Guggenheim, E.A. (1949). 'Statistical basis of thermodynamics', Research, 2: 450–454.
• Шаблон:Cite book, fifth revised edition, North Holland, Amsterdam.
• Gyarmati, I. (1967/1970) Non-equilibrium Thermodynamics. Field Theory and Variational Principles, translated by E. Gyarmati and W.F. Heinz, Springer, New York.
• Kittel, C., Kroemer, H. (1969/1980). Шаблон:Cite book, second edition, Freeman, San Francisco CA. .
• Kondepudi, D., Prigogine, I. Шаблон:Cite book, John Wiley & Sons, Chichester. .
• Lebon, G., Jou, D., Casas-Vázquez, J. Шаблон:Cite book
• Шаблон:Cite journal
• Lieb, E.H., Yngvason, J. (2003). The Entropy of Classical Thermodynamics, pp. 147–195, Chapter 8 of Entropy, Greven, A., Keller, G., Warnecke (editors) (2003).
• Шаблон:Cite book
• Шаблон:Cite journal
• Müller, I. Шаблон:Cite book
• Müller, I. (2003). Entropy in Nonequilibrium, pp. 79–109, Chapter 5 of Entropy, Greven, A., Keller, G., Warnecke (editors) (2003).
• Шаблон:Cite book, translated by E.S. Halberstadt, Wiley–Interscience. .
• Pippard, A.B. (1957/1966). Elements of Classical Thermodynamics for Advanced Students of Physics, original publication 1957, reprint 1966, Cambridge University Press, Cambridge UK.
• Planck, M. (1897/1903). Treatise on Thermodynamics, translated by A. Ogg, Longmans Green, London, p. 100.
• Planck. M. (1914). The Theory of Heat Radiation, a translation by Masius, M. of the second German edition, P. Blakiston's Son & Co., Philadelphia.
• Planck, M. (1926). Über die Begründung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik, Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften: Physikalisch-mathematische Klasse: 453–463.
• Pokrovskii V.N. (2005) Extended thermodynamics in a discrete-system approach, Eur. J. Phys. vol. 26, 769-781.
• Шаблон:Cite journal
• Шаблон:Cite book.
• Шаблон:Cite book
• Roberts, J.K., Miller, A.R. (1928/1960). Heat and Thermodynamics, (first edition 1928), fifth edition, Blackie & Son Limited, Glasgow.
• Schrödinger, E. (1950). Irreversibility, Proc. R. Ir. Acad., A53: 189–195.
• Шаблон:Cite book, Addison-Wesley Publishing, Reading MA.
• Шаблон:Cite journal Also published in Шаблон:Cite journal
• Thomson, W. Шаблон:Cite book Philosophical Magazine, Ser. 4, p. 304.
• Tisza, L. Шаблон:Cite book, M.I.T Press, Cambridge MA.
• Шаблон:Cite book.
• Шаблон:Cite journal.
• Uffink, J. Irreversibility and the Second Law of Thermodynamics, Chapter 7 of Шаблон:Cite book, Greven, A., Keller, G., Warnecke (editors) (2003),, Princeton NJ. .
• Шаблон:Cite book, American Mathematical Society, Providence RI.
• Шаблон:Cite book, fifth edition, McGraw-Hill Book Company, New York.
• Шаблон:Cite book. Chpts. 4–9 contain an introduction to the Second Law, one a bit less technical than this entry.
• Leff, Harvey S., and Rex, Andrew F. (eds.) Шаблон:Cite book. Bristol UK; Philadelphia PA: Institute of Physics.
• Шаблон:Cite book(technical).
• Шаблон:Cite book (full text of 1897 ed.) (html)
• Шаблон:Cite book, La Cañada. .
• Шаблон:Cite book also at [2].

Спољашње везе

• Други принцип термодинамике
• Вива-физика чланак о Максвеловом демону
• -{Stanford Encyclopedia of Philosophy: "Philosophy of Statistical Mechanics" – by Lawrence Sklar.}-
• -{Second law of thermodynamics in the MIT Course Unified Thermodynamics and Propulsion from Prof. Z. S. Spakovszky}-
• -{E.T. Jaynes, 1988, "The evolution of Carnot's principle," in G. J. Erickson and C. R. Smith (eds.)Maximum-Entropy and Bayesian Methods in Science and Engineering, Vol 1: p. 267.}-
• -{Caratheodory, C., "Examination of the foundations of thermodynamics," trans. by D. H. Delphenich}-
• -{The Second Law of Thermodynamics, BBC Radio 4 discussion with John Gribbin, Peter Atkins & Monica Grady (In Our Time, Dec. 16, 2004)}-
• -{Entropy (journal), 2004}-
• -{The Journal of the International Society for the History of Philosophy of Science, 2012}-