Termodynamiikan toinen pääsääntö määrittää äärellisellä nopeudella tapahtuvien todellisten lämpöprosessien suunnan.

Toinen startti(toinen laki) termodynamiikka Sillä on useita sanamuotoja . Esimerkiksi, mitään toimintaa, liittyvät energian muuntamiseen(eli energian siirtyessä muodosta toiseen), ei voi tapahtua ilman sen häviämistä ympäristöön hajotetun lämmön muodossa. Enemmässä yleisnäkymä tämä tarkoittaa sitä, että energian muunnosprosessit (muunnos) voivat tapahtua spontaanisti vain sillä ehdolla, että energia siirtyy keskittyneestä (järjestyneestä) muodosta hajaantuneeseen (häiriöön) muotoon.

Toinen määritelmä termodynamiikan toinen pääsääntö liittyy suoraan Clausiuksen periaate : prosessi, jossa ei tapahdu muutosta lukuun ottamatta lämmön siirtymistä kuumasta kappaleesta kylmään, on peruuttamaton, eli lämpö ei voi siirtyä spontaanisti kylmemästä kappaleesta kuumaan. Jossa tällainen energian uudelleenjako järjestelmässä ominaista arvo , nimetty haje , joka on kuin valtion toiminto termodynaaminen järjestelmä (funktio, jolla on kokonaisdifferentiaali) esiteltiin ensimmäisen kerran vuonna 1865 vuonna Clausius. Haje - se on energian peruuttamattoman häviämisen mitta. Entropia on sitä suurempi, mitä enemmän energiaa hajoaa palautumattomasti lämmön muodossa.

Siten jo näistä termodynamiikan toisen pääsäännön formulaatioista voimme päätellä, että mikä tahansa järjestelmä , jonka ominaisuudet muuttuvat ajan myötä, pyrkii tasapainotilaan jossa järjestelmän entropia ottaa maksimiarvon. Tästä johtuen termodynamiikan toinen pääsääntö usein soittaa kasvavan entropian laki , ja itseään haje (Miten fyysinen määrä tai fyysisenä käsitteenä) harkita fysikaalis-kemiallisen järjestelmän sisäisen häiriön mittana .

Toisin sanoen, haje – valtion toiminto, luonnehtien spontaanien prosessien virtaussuuntaa suljetussa tilassa termodynaaminen järjestelmä. Tasapainotilassa suljetun järjestelmän entropia saavuttaa maksiminsa, eikä sellaisessa järjestelmässä ole makroskooppisia prosesseja. Maksimientropia vastaa täydellistä kaaosta .

Useimmiten järjestelmän siirtymistä tilasta toiseen ei luonnehdi entropian itseisarvo S , ja sen muutos ∆ S , joka on yhtä suuri kuin systeemille annetun tai siitä poistetun lämmön määrän muutoksen suhde järjestelmän absoluuttiseen lämpötilaan: ∆ S= ∆Q/T, J / deg. Tämä on ns termodynaaminen entropia .

Lisäksi entropialla on tilastollinen merkitys. Makrotilasta toiseen siirtymisen aikana myös tilastollinen entropia kasvaa, koska tällaiseen siirtymiseen liittyy aina suuri määrä mikrotiloja, ja tasapainotilalle (johon järjestelmä pyrkii) on ominaista mikrotilojen maksimimäärä.

Termodynamiikan entropian käsitteen yhteydessä ajan käsite saa uuden merkityksen. Klassisessa mekaniikassa ajan suuntaa ei oteta huomioon ja mekaanisen järjestelmän tila voidaan määrittää sekä menneisyydessä että tulevaisuudessa. Termodynamiikassa aika esiintyy peruuttamattomana entropian kasvuprosessina järjestelmässä. Eli mitä suurempi entropia, sitä pidemmän ajanjakson järjestelmä on kulunut kehityksessään.

Sitä paitsi, ymmärtää entropian fyysistä merkitystä se on pidettävä mielessä luonnossa on neljä termodynaamisten järjestelmien luokkaa :

A) eristetyt tai suljetut järjestelmät(tällaisten järjestelmien siirtymisen aikana tilasta toiseen ei tapahdu energian, aineen ja tiedon siirtymistä järjestelmän rajojen yli);

b) adiabaattiset järjestelmät(vain lämmönvaihto ympäristön kanssa puuttuu);

V) suljetut järjestelmät(vaihtaa energiaa naapurijärjestelmien kanssa, mutta ei ainetta) (esim. avaruusalus);

G) avoimet järjestelmät(vaihtaa ainetta, energiaa ja tietoa ympäristön kanssa). Näissä järjestelmissä ulkopuolelta tulevan energian vuoksi voi syntyä dissipatiivisia rakenteita, joilla on paljon pienempi entropia.

Avoimissa järjestelmissä entropia pienenee. Jälkimmäinen koskee ensisijaisesti biologiset järjestelmät eli eläviä organismeja, jotka ovat avoimia ei-tasapainojärjestelmiä. Tällaisille järjestelmille on tunnusomaista pitoisuusgradientit kemialliset aineet, lämpötila, paine ja muut fysikaaliset ja kemialliset suuret. Modernin eli epätasapainoisen termodynamiikan käsitteiden avulla voimme kuvata avoimien eli todellisten järjestelmien käyttäytymistä. Tällaiset järjestelmät vaihtavat aina energiaa, ainetta ja tietoa ympäristönsä kanssa. Lisäksi tällaiset vaihtoprosessit eivät ole tyypillisiä vain fyysisille tai biologisille järjestelmille, vaan myös sosioekonomisille, kulttuurisille, historiallisille ja humanitaarisille järjestelmille, koska niissä tapahtuvat prosessit ovat pääsääntöisesti peruuttamattomia.

Termodynamiikan kolmas pääsääntö (termodynamiikan kolmas pääsääntö) liittyy käsitteeseen "absoluuttinen nolla". fyysinen merkitys Tämän lain, joka esitetään V. Nernstin (saksalainen fyysikko) lämpöteoreemassa, on perustavanlaatuinen mahdottomuus saavuttaa absoluuttinen nolla (-273,16ºС), jossa molekyylien translaatiolämpöliikkeen pitäisi pysähtyä ja entropia lakkaa riippuu parametreista fyysinen kunto järjestelmät (erityisesti lämpöenergian muutoksista). Nernstin lause koskee vain järjestelmien termodynaamisia tasapainotiloja.

Toisin sanoen Nernstin lauseelle voidaan antaa seuraava muotoilu: kun lähestytään absoluuttista nollaa, entropian lisäys∆S pyrkii hyvin määriteltyyn loppurajaan, riippumatta arvoista, jotka kaikki järjestelmän tilaa kuvaavat parametrit saavat(esim. tilavuus, paine, aggregaation tila jne.).

Ymmärrä Nernstin lauseen ydin voi päälle seuraava esimerkki. Kun kaasun lämpötila laskee, tapahtuu sen kondensaatiota ja järjestelmän entropia pienenee, koska molekyylit ovat järjestyneempiä. Lämpötilan laskeessa edelleen tapahtuu nesteen kiteytymistä, johon liittyy suurempi molekyylien järjestyksen järjestys ja sen seurauksena vielä suurempi entropian väheneminen. Absoluuttisessa nollalämpötilassa kaikki lämpöliike lakkaa, häiriö katoaa, mahdollisten mikrotilojen määrä laskee yhteen ja entropia lähestyy nollaa.

4. Itseorganisaation käsite. Itseorganisoituminen avoimissa järjestelmissä.

Käsite " synergia" Saksalainen fyysikko Hermann ehdotti vuonna 1973 Haken osoittamaan suuntaa, nimeltään tutkimusta yleiset lait itseorganisoituminen - ilmiö monimutkaisen järjestelmän elementtien koordinoidusta toiminnasta ilman ulkopuolista ohjausta. Synergia (käännetty kreikasta - yhteinen, sovittu, osallistuva) - tieteellinen suunta opiskelu rakenteen elementtien välisiä linkkejä(alajärjestelmät), jotka muodostuvat avoimissa järjestelmissä (biologinen, fysikaalis-kemiallinen, geologinen ja maantieteellinen jne.) intensiivisen ansiosta(suoratoisto) aineen, energian ja tiedon vaihto ympäristön kanssa epätasapainoisissa olosuhteissa. Tällaisissa järjestelmissä havaitaan osajärjestelmien koordinoitua käyttäytymistä, jonka seurauksena järjestysaste kasvaa (entropia pienenee), eli itseorganisaatioprosessi kehittyy.

Tasapainoon lepotila ja symmetria, A epäsymmetria johtaa liikkeeseen ja epätasapainoon .

Merkittävä panos järjestelmien itseorganisoitumisen teoriaan venäläistä alkuperää oleva belgialainen fyysikko I.R. Prigogine (1917-2003). Hän osoitti sen sisään dissipatiiviset järjestelmät (järjestelmät, joissa tapahtuu entropian sirontaa) peruuttamattomien epätasapainoprosessien aikana syntyy järjestettyjä muodostumia, jotka hän nimesi dissipatiiviset rakenteet.

itseorganisoituminen- Tämä järjestyksen ja organisaation spontaani synty häiriöstä(kaaos) avoimissa epätasapainojärjestelmissä. Järjestelmäparametrien satunnaiset poikkeamat tasapainosta ( vaihtelut) on erittäin tärkeä rooli järjestelmän toiminnassa ja olemassaolossa. Erääntynyt vaihtelun kasvu imeessään energiaa ympäristöön järjestelmä saavuttaa joitakin kriittinen tila Ja siirtyy uuteen vakaaseen tilaan Kanssa lisää korkeatasoinen vaikeuksia Ja Tilaus edelliseen verrattuna. Uuteen paikallaan olevaan tilaan itseorganisoituva järjestelmä vähentää entropiaansa, se tavallaan "purkaa" sisäisten prosessien seurauksena kasvavan ylimääränsä ympäristöön.

Syntyy kaaoksesta tilattu rakenne (houkuttelija , tai dissipatiivinen rakenne) on kilpailun tulos järjestelmään upotettujen mahdollisten tilojen joukko. Kilpailun tuloksena on spontaani valinta vallitseviin olosuhteisiin mukautuvimmasta rakenteesta.

Synergia perustuu epätasapainoprosessien termodynamiikasta, satunnaisprosessien teoriasta, epälineaaristen värähtelyjen ja aaltojen teoriasta.

Synergetics käsittelee järjestelmien syntymistä ja kehitystä. Erottaa kolmen tyyppisiä järjestelmiä: 1) suljettu, jotka eivät vaihda naapurijärjestelmien (tai ympäristön) kanssa ainetta, energiaa tai tietoa; 2) suljettu , jotka vaihtavat energiaa naapurijärjestelmien kanssa, mutta eivät ainetta (esimerkiksi avaruusalus); 3) avata, jotka vaihtavat sekä ainetta että energiaa naapurijärjestelmien kanssa. Lähes kaikki luonnolliset (ekologiset) järjestelmät ovat avoimia.

Järjestelmien olemassaolo mahdotonta ajatella ilman yhteyksiä. Jälkimmäiset on jaettu suoriin ja käänteisiin. Suoraan kutsu tätä yhteys , jolle yksi elementti ( A) vaikuttaa toiseen ( SISÄÄN) ilman vastausta. klo palautetta elementti SISÄÄN reagoi elementin toimintaan A. Palaute on sekä positiivista että negatiivista.

Palaute johtaa prosessin vahvistumiseen yhteen suuntaan. Esimerkki sen toiminnasta on alueen suottaminen (esimerkiksi metsäkadon jälkeen). Käsitellä asiaa alkaa toimia V yksi suunta: kosteuden lisääntyminen - hapen väheneminen - kasvitähteiden hajoamisen hidastuminen - turpeen kertyminen - kastumisen lisääntyminen edelleen.

Palaute negatiivista toimii siten, että vastauksena elementin toiminnan lisääntymiseen A elementin vastakkainen voima kasvaa B. Tällainen yhteys sallii järjestelmän pysymisen tilassa vakaa dynaaminen tasapaino. Tämä on yleisin ja tärkeä näkemys yhteyksiä luonnollisissa järjestelmissä. Ensinnäkin ekosysteemien vakaus ja vakaus perustuvat niihin.

Tärkeä omaisuus järjestelmät On ilmaantuminen (käännetty englannista - syntyminen, uuden syntyminen). Tämä ominaisuus on siinä, että järjestelmän ominaisuudet kokonaisuutena eivät ole pelkkä sen osien tai elementtien ominaisuuksien summa, vaan järjestelmän eri linkkien keskinäiset yhteydet määräävät sen uuden laadun.

Synergistinen lähestymistapa järjestelmien tarkastelussa perustuu kolme käsitettä: epätasapaino, avoimuus Ja epälineaarisuus .

Epätasapaino(epävakaus) – järjestelmän tila, jossa sen makroskooppisissa parametreissa, eli koostumuksessa, rakenteessa, käyttäytymisessä, tapahtuu muutos.

Avoimuus -järjestelmän kyky vaihtavat jatkuvasti ainetta, energiaa, tietoa ympäristön kanssa ja niillä on molemmat "lähteet" - ympäristön energian täydennysvyöhykkeet ja leviämisvyöhykkeet, "vuoto".

Epälineaarisuus -järjestelmän ominaisuus pysy erilailla kiinteät tilat jotka vastaavat tämän järjestelmän erilaisia ​​hyväksyttäviä käyttäytymislakeja.

SISÄÄN epälineaariset järjestelmät kehitys etenee epälineaaristen lakien mukaan, mikä johtaa valinnanpolkujen ja vaihtoehtojen monimuotoisuuteen epävakauden tilasta poistumiseen. SISÄÄN epälineaariset järjestelmät prosessit voivat olla jyrkän kynnyksen luonne kun ulkoisten olosuhteiden asteittaisen muutoksen myötä havaitaan niiden äkillinen siirtyminen toiseen laatuun. Samalla vanhat rakenteet tuhoutuvat ja siirtyvät laadullisesti uusiksi rakenteiksi.

Termodynamiikan toisesta pääsäännöstä on useita muotoja, joista kaksi on esitetty alla:

· lämpö ei voi itsestään siirtyä alhaisemman lämpötilan ruumiista korkeamman lämpötilan ruumiiseen(R. Clausiuksen sanamuoto);

· toista tyyppiä oleva ikuinen liikekone on mahdoton, eli sellainen jaksollinen prosessi, jonka ainoa tulos olisi lämmön muuntaminen työksi yhden kappaleen jäähtymisen seurauksena (Thomsonin muotoilu).

Termodynamiikan toinen pääsääntö osoittaa kahden energiansiirtomuodon - työn ja lämmön - eriarvoisuuden. Tämä laki ottaa huomioon sen tosiasian, että kehon kokonaisuutena järjestetyn liikkeen energian (mekaanisen energian) siirtyminen sen hiukkasten häiriöttömän liikkeen energiaksi (lämpöenergia) on peruuttamaton. Esimerkiksi kitkan aikana mekaaninen energia muunnetaan lämmöksi ilman lisäprosesseja. Hiukkasten epäsäännöllisen liikkeen energian (sisäisen energian) siirtyminen työhön on mahdollista vain, jos siihen liittyy jokin lisäprosessi. Joten suoralla kierrolla toimiva lämpömoottori tekee työtä vain lämmittimestä tulevan lämmön ansiosta, mutta samalla osa vastaanotetusta lämmöstä siirtyy jääkaappiin.

Entropia, sisäisen energian lisäksi U, joka on yksiarvoinen funktio järjestelmän tilaparametreista, myös muita tilafunktioita käytetään laajasti termodynamiikassa ( vapaa energia, entalpia Ja haje).

konsepti haje esitteli vuonna 1865 Rudolf Clausius. Tämä sana tulee kreikasta. entropia ja tarkoittaa kirjaimellisesti vuoro, muunnos. termodynamiikassa tätä termiä käytetään kuvaamaan muunnoksia monenlaisia energia (mekaaninen, sähköinen, valo, kemiallinen) lämmöksi eli molekyylien satunnaiseen, kaoottiseen liikkeeseen. On mahdotonta kerätä tätä energiaa ja kääntää se takaisin sellaisiin muotoihin, joista se vastaanotettiin.

Määrittämistä varten peruuttamattoman sironnan mittauksia tai hajoaminen energia ja tämä käsite otettiin käyttöön. Haje S on valtion toiminto. Se erottuu muista termodynaamisista toiminnoista siinä, että sillä on tilastollinen, eli todennäköisyyspohjainen luonne.

Jos termodynaamisessa järjestelmässä tapahtuu prosessi, joka liittyy lämmön vastaanottamiseen tai vapautumiseen, tämä johtaa järjestelmän entropian muutokseen, joka voi sekä kasvaa että pienentyä. Peruuttamattoman syklin aikana eristetyn järjestelmän entropia kasvaa

dS> 0. (3.4)

Tämä tarkoittaa, että järjestelmässä tapahtuu peruuttamatonta energianhäviötä.

Jos suljetussa järjestelmässä tapahtuu palautuva prosessi, entropia pysyy muuttumattomana.

dS= 0. (3.5)

Eristetyn järjestelmän entropian muutos, johon äärettömän pieni määrä lämpöä siirtyy, määräytyy suhteella:

. (3.6)

Tämä suhde pätee palautuvalle prosessille. Suljetussa järjestelmässä tapahtuvaa peruuttamatonta prosessia varten meillä on:

dS> .

Avoimessa järjestelmässä entropia kasvaa aina. Tilafunktio, jonka differentiaali on, kutsutaan vähennetty lämpö.

Siten kaikissa suljetussa järjestelmässä tapahtuvissa prosesseissa entropia kasvaa irreversiibelissä prosesseissa ja pysyy muuttumattomana palautuvissa prosesseissa. Näin ollen kaavat (3.4) ja (3.5) voidaan yhdistää ja esittää muodossa

dS ³ 0.

Tämä tilastollinen termodynamiikan toisen pääsäännön muotoilu.

Jos järjestelmä tekee tasapainosiirtymän tilasta 1 tilaan 2, niin yhtälön (3.6) mukaan , entropian muutos

D S 1- 2 = S 2 – S 1 = .

Entropialla itsessään ei ole fyysistä merkitystä, vaan entropioiden välisellä erolla.

Etsitään entropian muutos ideaalikaasun prosesseissa. Koska:

; ;

,

tai: . (3.7)

Tämä osoittaa, että ideaalikaasun entropian muutos tilasta 1 tilaan 2 siirtymisen aikana ei riipu siirtymäprosessin 1 → 2 tyypistä.

Kaavasta (3.7) seuraa, että for isoterminen käsitellä asiaa ( T 1 \u003d T 2):

.

klo isokorinen prosessi, entropian muutos on yhtä suuri kuin

.

Koska adiabaattista prosessia varten d K= 0, sitten D S= 0, joten reversiibeli adiabaattinen prosessi etenee vakioentropialla. Siksi sitä kutsutaan isentrooppinen prosessi.

Järjestelmän entropialla on additiivisuuden ominaisuus, mikä tarkoittaa, että järjestelmän entropia on yhtä suuri kuin kaikkien järjestelmään kuuluvien kappaleiden entropioiden summa.

Entropian merkitys tulee selvemmäksi, jos otamme mukaan tilastollisen fysiikan. Se liittyy entropiaan systeemin tilan termodynaaminen todennäköisyys. Järjestelmän tilan termodynaaminen todennäköisyys W on yhtä suuri kuin hiukkasten kaikkien mahdollisten mikrojakaumien lukumäärä koordinaateissa ja nopeuksissa, mikä määrää tämän makrotilan: Walways³ 1, eli termodynaaminen todennäköisyys ei ole todennäköisyys matemaattisessa mielessä.

L. Boltzmann (1872) osoitti, että järjestelmän entropia on yhtä suuri kuin Boltzmannin vakion tulo k tietyn tilan termodynaamisen todennäköisyyden W logaritmilla

Siksi entropialle voidaan antaa seuraava tilastollinen tulkinta: entropia on järjestelmän epäjärjestyksen mitta. Se voidaan nähdä kaavasta (3.8): than lisää numeroa mikrotilat, jotka toteuttavat tietyn makrotilan, sitä suurempi on entropia. Järjestelmän todennäköisin tila on tasapainotila. Mikrotilojen lukumäärä on maksimi, joten myös entropia on maksimi.

Koska kaikki todelliset prosessit ovat peruuttamattomia, niin voidaan väittää kaikki prosessit suljetussa järjestelmässä johtavat entropian kasvuun - entropian lisäämisen periaatteeseen.

klo tilastollinen tulkinta entropia, tämä tarkoittaa, että suljetussa järjestelmässä prosessit menevät suuntaan vähemmän todennäköisistä tiloista todennäköisimpiin tiloihin, kunnes tilojen todennäköisyydestä tulee maksimi.

Selitetäänpä esimerkillä. Kuvittele astia, joka on jaettu väliseinällä kahteen yhtä suureen osaan A Ja B. Osittain A on kaasua ja B-tyhjiö. Jos teet reiän väliseinään, kaasu alkaa heti laajentua "itsekseen" ja jonkin ajan kuluttua se jakautuu tasaisesti koko astian tilavuuteen, ja tämä todennäköisimmin järjestelmän tila. epätodennäköisin tulee valtio milloin suurin osa kaasumolekyylit täyttävät yhtäkkiä spontaanisti yhden astian puoliskoista. Tätä ilmiötä voidaan odottaa mielivaltaisen pitkään, mutta itse kaasu ei keräänny uudelleen osittain A. Tätä varten sinun on tehtävä jonkin verran työtä kaasun kanssa: esimerkiksi kuinka mäntää siirretään osan oikean seinän siirtämiseksi B. Siten mikä tahansa fyysinen järjestelmä pyrkii siirtymään vähemmän todennäköisestä tilasta todennäköisempään. Järjestelmän tasapainotila on todennäköisempi.

Käyttämällä entropian käsitettä ja R. Clausiuksen epätasa-arvoa, termodynamiikan toinen pääsääntö voidaan muotoilla suljetun järjestelmän kasvavan entropian laiksi peruuttamattomissa prosesseissa:

mikä tahansa peruuttamaton prosessi suljetussa järjestelmässä tapahtuu siten, että järjestelmä menee todennäköisemmin tilaan, jossa on korkeampi entropia ja saavuttaa maksimin tasapainotilassa. Tai muuten:

suljetuissa järjestelmissä tapahtuvissa prosesseissa entropia ei vähene.

On huomattava, että me puhumme vain suljetuista järjestelmistä.

Joten termodynamiikan toinen pääsääntö on tilastollinen laki. Se ilmaisee kaoottisen liikkeen välttämättömät lait suuri numero hiukkaset, jotka muodostavat erillisen järjestelmän. Tilastollisia menetelmiä voidaan kuitenkin soveltaa vain, jos järjestelmässä on valtava määrä hiukkasia. Pienelle määrälle hiukkasia (5-10) tämä lähestymistapa ei sovellu. Tällöin todennäköisyys, että kaikki hiukkaset jäävät tilavuuden puoleen, ei ole enää nolla, tai toisin sanoen tällainen tapahtuma voidaan toteuttaa.

Universumin lämpökuolema. R. Clausius, pitäessään maailmankaikkeutta suljettuna järjestelmänä ja soveltaen siihen termodynamiikan toista lakia, rajoitti kaiken väitteeseen, että universumin entropian tulisi saavuttaa maksiminsa. Tämä tarkoittaa, että kaikkien liikkeen muotojen on muututtava lämpöliikkeeksi, minkä seurauksena kaikkien universumin kappaleiden lämpötila tasaantuu ajan myötä, täydellinen lämpötasapaino tulee ja kaikki prosessit yksinkertaisesti pysähtyvät: universumin lämpökuolema. tulee.

Termodynamiikan perusyhtälö . Tämä yhtälö yhdistää termodynamiikan ensimmäisen ja toisen pääsäännön kaavat:

d K = dU + p dV, (3.9)

Korvaamme termodynamiikan toista pääsääntöä ilmaisevan yhtälön (3.9) yhtälöllä (3.10):

.

Sitä se on termodynamiikan perusyhtälö.

Lopuksi totean vielä kerran, että jos termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö sisältää prosessin energiatasapainon, niin toinen laki osoittaa sen mahdollisen suunnan.

Termodynamiikan kolmas pääsääntö

Toinen termodynamiikan laki perustettiin tutkittaessa entropian muutosta kemialliset reaktiot V. Nernst vuonna 1906. Se kantaa nimeä Nernstin lause eli termodynamiikan kolmas pääsääntö ja liittyy aineiden lämpökapasiteetin käyttäytymiseen absoluuttisessa nollalämpötiloissa.

Nernstin lause toteaa, että absoluuttista nollaa lähestyttäessä järjestelmän entropia pyrkii myös nollaan, riippumatta siitä, mitä arvoja kaikki muut järjestelmän tilan parametrit saavat:

.

Koska entropia , ja lämpötila T taipumus nollaan, aineen lämpökapasiteetin tulee myös pyrkiä nollaan, ja nopeammin kuin T. tämä tarkoittaa absoluuttisen nollalämpötilan saavuttamattomuus rajallisella termodynaamisten prosessien sarjalla, eli rajallisella määrällä operaatioita - jäähdytyskoneen syklit (termodynamiikan kolmannen lain toinen muotoilu).

oikeita kaasuja

Van der Waalsin yhtälö

Harvinaistettujen kaasujen tilan muutos riittävästi korkeita lämpötiloja Ja matalat paineet kuvataan ihanteellisen kaasun laeilla. Kuitenkin, kun paine kasvaa ja todellisen kaasun lämpötila laskee, havaitaan merkittäviä poikkeamia näistä laeista, mikä johtuu merkittävistä eroista todellisten kaasujen käyttäytymisen ja ihanteellisen kaasun hiukkasten aiheuttaman käyttäytymisen välillä.

Todellisten kaasujen tilayhtälössä tulisi ottaa huomioon:

molekyylien sisäisen tilavuuden lopullinen arvo;

· keskinäinen vetovoima molekyylit toisiinsa.

Tätä varten J. van der Waals ehdotti, että tilayhtälöön sisällytettäisiin aluksen tilavuus, kuten Clapeyron-Mendeleevin yhtälössä ( pV = RT) ja kaasumoolin tilavuus, jota molekyylit eivät miehitä, eli arvo ( V m -b), Missä V m on moolitilavuus. Ottaakseen huomioon molekyylien väliset vetovoimat J. van der Waals otti käyttöön korjauksen tilayhtälöön sisältyvään paineeseen.

Tekemällä korjauksia, jotka liittyvät molekyylien oman tilavuuden (hylkimisvoimat) ja vetovoiman huomioon ottamiseen Clapeyron-Mendeleev -yhtälössä, saadaan tilayhtälö todelliselle kaasumoolille kuten:

.

Tämä van der Waalsin yhtälö, jossa vakiot A Ja b omistaa eri merkitys eri kaasuille.

Laboratoriotyöt

§6 Entropia

Yleensä mikä tahansa prosessi, jossa järjestelmä siirtyy tilasta toiseen, etenee siten, että tätä prosessia on mahdotonta suorittaa vastakkaiseen suuntaan niin, että järjestelmä kulkee samojen välitilojen läpi ilman muutoksia ympäröivissä kappaleissa. Tämä johtuu siitä, että osa energiasta hajoaa prosessissa esimerkiksi kitkan, säteilyn ja niin edelleen vuoksi. Lähes kaikki luonnossa tapahtuvat prosessit ovat peruuttamattomia. Jossain prosessissa jonkin verran energiaa menetetään. Energian haihtumisen kuvaamiseksi otetaan käyttöön entropian käsite. ( Entropian arvo luonnehtii järjestelmän lämpötila ja määrittää kehon tämän tilan toteutumisen todennäköisyyden. Mitä todennäköisempi tietty tila on, sitä suurempi entropia.) Kaikki luonnollisia prosesseja johon liittyy entropian kasvu. Entropia pysyy vakiona vain idealisoidun palautuvan prosessin tapauksessa, joka tapahtuu suljetussa järjestelmässä, eli järjestelmässä, jossa ei tapahdu energianvaihtoa tämän järjestelmän ulkopuolisten kappaleiden kanssa.

Entropia ja sen termodynaaminen merkitys:

Haje- tämä on sellainen systeemin tilan funktio, jonka äärettömän pieni muutos palautuvassa prosessissa on yhtä suuri kuin tässä prosessissa syötetyn äärettömän pienen lämpömäärän suhde lämpötilaan, jossa se tuotiin.

Lopullisessa palautuvassa prosessissa entropian muutos voidaan laskea kaavalla:

jossa integraali otetaan järjestelmän alkutilasta 1 lopputilaan 2.

Koska entropia on tilafunktio, niin integraalin ominaisuuson sen riippumattomuus sen ääriviivan (polun) muodosta, jota pitkin se lasketaan, joten integraalin määräävät vain järjestelmän alku- ja lopputila.

• Missä tahansa palautuvassa entropian muutosprosessissa on 0

(1)

• Termodynamiikka sen todistaaSperuuttamattoman kierteen tekevä järjestelmä kasvaa

Δ S> 0 (2)

Lausekkeet (1) ja (2) koskevat vain suljettuja järjestelmiä, jos järjestelmä vaihtaa lämpöä kanssa ulkoinen ympäristö, sitten seSvoi käyttäytyä miten tahansa.

Suhteet (1) ja (2) voidaan esittää Clausius-epäyhtälönä

∆S ≥ 0

nuo. suljetun järjestelmän entropia voi joko kasvaa (reversiibelien prosessien tapauksessa) tai pysyä vakiona (palautuvien prosessien tapauksessa).

Jos järjestelmä tekee tasapainosiirtymän tilasta 1 tilaan 2, entropia muuttuu

Missä dU Ja δAkirjoitettu tiettyä prosessia varten. Tämän kaavan mukaan ΔSmääritetään additiiviseen vakioon asti. Entropialla itsessään ei ole fyysistä merkitystä, vaan entropioiden erolla. Etsitään entropian muutos ideaalikaasun prosesseissa.

nuo. entropian muutoksiaS Δ S 1→2 Ihanteellisen kaasun muuttuminen tilasta 1 tilaan 2 ei riipu prosessin tyypistä.

Koska adiabaattiselle prosessille δK = 0, sitten ∆ S= 0 => S= vakio , eli adiabaattinen palautuva prosessi etenee vakioentropialla. Siksi sitä kutsutaan isentrooppiseksi.

Isotermisessä prosessissa (T= const ; T 1 = T 2 : )

Isokoorisessa prosessissa (V= const ; V 1 = V 2 ; )

Entropialla on additiivisuus: järjestelmän entropia on yhtä suuri kuin järjestelmään kuuluvien kappaleiden entropioiden summa.S = S 1 + S 2 + S 3 + ... Kvalitiivinen ero molekyylien lämpöliikkeen ja muiden liikemuotojen välillä on sen satunnaisuus, epäjärjestys. Siksi lämpöliikkeen karakterisoimiseksi on tarpeen ottaa käyttöön molekyylihäiriön asteen kvantitatiivinen mitta. Jos tarkastelemme mitä tahansa kehon makroskooppista tilaa tietyillä parametrien keskiarvoilla, se on jotain muuta kuin jatkuvaa muutosta läheisten mikrotilojen välillä, jotka eroavat toisistaan ​​​​molekyylien jakautumisessa. eri osat tilavuus ja jakautunut energia molekyylien välillä. Näiden jatkuvasti muuttuvien mikrotilojen lukumäärä luonnehtii koko järjestelmän makroskooppisen tilan epäjärjestystä,wkutsutaan tietyn mikrotilan termodynaamiseksi todennäköisyydeksi. Termodynaaminen todennäköisyyswjärjestelmän tilat ovat tapoja, joilla makroskooppisen järjestelmän tietty tila voidaan toteuttaa, tai mikrotilojen lukumäärä, jotka toteuttavat tietyn mikrotilan (w≥ 1 ja matemaattinen todennäköisyys ≤ 1 ).

Sovimme, että otamme tapahtuman odottamattomuuden mittana sen todennäköisyyden logaritmin miinusmerkillä otettuna: tilan odottamattomuus on yhtä suuri kuin =-

Boltzmannin mukaan entropiaSjärjestelmät ja termodynaaminen todennäköisyys liittyvät toisiinsa seuraavasti:

Missä - Boltzmannin vakio (). Siten entropia määräytyy niiden tilojen lukumäärän logaritmin perusteella, joilla tietty mikrotila voidaan toteuttaa. Entropiaa voidaan pitää t/d-järjestelmän tilan todennäköisyyden mittana. Boltzmannin kaava antaa meille mahdollisuuden antaa entropialle seuraavan tilastollisen tulkinnan. Entropia on järjestelmän epäjärjestyksen mitta. Todellakin, mitä suurempi määrä mikrotiloja toteuttaa tietyn mikrotilan, sitä suurempi on entropia. Järjestelmän tasapainotilassa - järjestelmän todennäköisimmässä tilassa - mikrotilojen lukumäärä on maksimi, kun taas entropia on myös maksimi.

Koska todelliset prosessit ovat peruuttamattomia, voidaan väittää, että kaikki suljetun järjestelmän prosessit johtavat sen entropian kasvuun - entropian lisäämisen periaatteeseen. Entropian tilastollisessa tulkinnassa tämä tarkoittaa sitä, että suljetussa järjestelmässä prosessit menevät siihen suuntaan, että mikrotilojen lukumäärä kasvaa, toisin sanoen vähemmän todennäköisistä tiloista todennäköisempiin, kunnes tilan todennäköisyydestä tulee maksimi.

§7 Termodynamiikan toinen pääsääntö

Termodynamiikan ensimmäinen laki, joka ilmaisee energian säilymisen ja energian muuntamisen lakia, ei salli t/d-prosessien kulkusuunnan määrittämistä. Lisäksi on mahdollista kuvitella joukko prosesseja, jotka eivät ole ristiriidassaminäm / d:n alku, johon energia varastoituu, mutta luonnossa ne eivät toteudu. Toisen alun t/d mahdolliset formulaatiot:

1) laki suljetun järjestelmän entropian kasvusta peruuttamattomien prosessien aikana: mikä tahansa peruuttamaton prosessi suljetussa järjestelmässä tapahtuu siten, että järjestelmän entropia kasvaa ΔS≥ 0 (reversiibeli prosessi) 2) ΔS≥ 0 (S= 0 käänteiselle ja ΔS≥ 0 peruuttamattomalle prosessille)

Suljetussa järjestelmässä tapahtuvissa prosesseissa entropia ei vähene.

2) Boltzmannin kaavasta S = , siksi entropian kasvu tarkoittaa järjestelmän siirtymistä vähemmän todennäköisestä tilasta todennäköisempään.

3) Kelvinin mukaan: kiertoprosessi ei ole mahdollinen, jonka ainoa tulos on lämmittimestä tulevan lämmön muuntaminen sitä vastaavaksi työksi.

4) Clausiuksen mukaan: pyöreä prosessi ei ole mahdollinen, jonka ainoa tulos on lämmön siirtyminen vähemmän kuumennetusta kappaleesta kuumempaan.

Kuvaamaan t/d-järjestelmiä 0 K:ssa käytetään Nernst-Planckin lausetta (t/d:n kolmas laki): kaikkien tasapainossa olevien kappaleiden entropia pyrkii nollaan lämpötilan lähestyessä 0 K

Lauseen perusteella Nernst-Planck seuraa sitäC p= C v = 0 kohdassa 0 TO

§8 Lämpö- ja jäähdytyskoneet.

Carnot-sykli ja sen tehokkuus

Kelvinin t / d:n toisen lain muotoilusta seuraa, että toisen tyyppinen ikuinen liikekone on mahdoton. (Perpetual motion machine on ajoittain toimiva moottori, joka toimii jäähdyttämällä yhtä lämmönlähdettä.)

Termostaatti- Tämä on t / d-järjestelmä, joka voi vaihtaa lämpöä kappaleiden kanssa ilman lämpötilaa.

Lämpömoottorin toimintaperiaate: termostaatista, jossa on lämpötila T 1 - lämmitin, lämmön määrä otetaan pois sykliä kohdenK 1 ja termostaatti lämpötilalla T 2 (T 2 < T 1) - jääkaappi, siirretyn lämmön määrä sykliä kohtiK 2 , työnteon aikana A = K 1 - K 2

Pyöreä prosessi tai sykli on prosessi, jossa järjestelmä palaa alkuperäiseen tilaansa käytyään läpi useita tiloja. Tilakaaviossa sykliä edustaa suljettu käyrä. Kierros joka ihanteellinen kaasu, voidaan jakaa laajennusprosesseihin (1-2) ja puristusprosesseihin (2-1), laajennustyö on positiivista A 1-2 > 0, koskaV 2 > V 1 , puristustyö on negatiivinen A 1-2 < 0, т.к. V 2 < V 1 . Siksi kaasun sykliä kohden tekemä työ määräytyy suljetun 1-2-1-käyrän peittämän alueen mukaan. Jos syklissä tehdään positiivista työtä (sykli on myötäpäivään), sykliä kutsutaan suoraksi, jos se on käänteinen sykli (kierto tapahtuu vastapäivään).

suora kierto käytetään lämpömoottoreissa - ajoittain toimivat moottorit, jotka tekevät työtä ulkopuolelta tulevan lämmön vuoksi. Käänteistä kiertoa käytetään jäähdytyskoneissa - ajoittain toimivissa laitteistoissa, joissa ulkoisten voimien vaikutuksesta lämpö siirtyy korkeamman lämpötilan omaavaan kappaleeseen.

Kiertoprosessin seurauksena järjestelmä palaa alkuperäiseen tilaan ja siten sisäisen energian kokonaismuutos on nolla. SittenІ aloita t/d pyöreäprosessille

K= Δ U+ A= A,

Eli sykliä kohden tehty työ on yhtä suuri kuin ulkopuolelta vastaanotettu lämmön määrä, mutta

K= K 1 - K 2

K 1 - määrä järjestelmän vastaanottama lämpö,

K 2 - määrä järjestelmän luovuttama lämpö.

Lämpötehokkuus pyöreä prosessi on yhtä suuri kuin järjestelmän tekemän työn suhde järjestelmään syötetyn lämmön määrään:

Kun η = 1, ehtoK 2 = 0, ts. lämpömoottorissa on oltava yksi lämmönlähdeK 1 , mutta tämä on ristiriidassa t/d:n toisen lain kanssa.

Jäähdytyskoneessa käytetään päinvastaista prosessia kuin lämpömoottorissa.

Termostaatista lämpötilalla T 2 lämmön määrä otetaan poisK 2 ja lähetetään termostaattiin lämpötilan kanssaT 1 , lämmön määräK 1 .

K= K 2 - K 1 < 0, следовательно A< 0.

Ilman työtä on mahdotonta ottaa lämpöä vähemmän lämmitetystä kehosta ja antaa sitä kuumemmalle.

Carnot päätteli lauseen t/d:n toisen lain perusteella.

Carnot'n lause: kaikista säännöllisesti toimivista lämpömoottoreista, joilla on samat lämmittimen lämpötilat ( T 1) ja jääkaapit ( T 2), suurin hyötysuhde. on käännettäviä koneita. K.P.D. käännettävät koneet tasapuolisesti T 1 ja T 2 ovat yhtä suuret eivätkä riipu käyttönesteen luonteesta.

Työskentelykappale on keho, joka suorittaa kiertoprosessin ja vaihtaa energiaa muiden kappaleiden kanssa.

Carnot-sykli on taloudellisin palautuva sykli, joka koostuu 2 isotermistä ja 2 adiabaatista.

1-2-isoterminen laajeneminen klo T 1 lämmitin; lämpö syötetään kaasuunK 1 ja työ on tehty

2-3 - adiabaatti. laajennus, kaasu toimiiA 2-3 >0 ulkoisten kappaleiden yli.

3-4 isoterminen puristus klo T 2 jääkaappia; lämpö otetaan poisK 2 ja työ on tehty;

4-1-adiabaattinen puristus, työ tehdään kaasulle A 4-1 <0 внешними телами.

Isotermisessä prosessissaU= const , niin K 1 = A 12

1

Adiabaattisella laajennuksellaK 2-3 = 0 ja kaasu toimii A 23 tehdään sisäisellä energialla A 23 = - U

Lämmön määräK 2 , jonka kaasu antaa jääkaappiin isotermisen puristuksen aikana, on yhtä suuri kuin puristustyö A 3-4

2

Adiabaattisen puristuksen työ

Työ tehdään kiertoprosessissa

A = A 12 + A 23 + A 34 + A 41 = K 1 + A 23 - K 2 - A 23 = K 1 - K 2

ja on yhtä suuri kuin 1-2-3-4-1-käyrän pinta-ala.

Lämpötehokkuus Carnot sykli

Prosessien 2-3 ja 3-4 adiabaattisesta yhtälöstä saamme

Sitten

nuo. tehokkuutta Carnot-sykli määräytyy vain lämmittimen ja jäähdyttimen lämpötilojen perusteella. Tehokkuuden lisäämiseksi pitää lisätä eroa T 1 - T 2 .

******************************************************* ******************************************************

Vasemmalla olevassa kuvassa: kristittyjen konservatiivien protesti termodynamiikan toista pääsääntöä vastaan. Julisteiden kirjoitukset: yliviivattu sana "entropia"; "En hyväksy tieteen ja äänestämisen perusperiaatteita."

TERMODYNAMIIKAN TOINEN ALKUPERÄ JA LUOMISKYSYMYKSET

2000-luvun alussa joukko konservatiivisia kristittyjä kokoontui Capitolin portaille (Kansas, USA) vaatimaan tieteellisen perusperiaatteen - termodynamiikan toisen lain - kumoamista (katso kuva vasemmalla). Syynä tähän oli heidän vakaumus, että tämä fyysinen laki on ristiriidassa heidän uskonsa Luojaan, koska se ennustaa maailmankaikkeuden lämpökuoleman. Piketoijat sanoivat, etteivät he halunneet elää maailmassa, joka etenee kohti tällaista tulevaisuutta, ja opettaa tätä lapsilleen. Kampanjan johdolla termodynamiikan toista lakia vastaan, ei kukaan muu kuin Kansasin osavaltion senaattori, joka uskoo, että tämä laki "uhkaa lasten käsitystä maailmankaikkeudesta hyväntahtoisen ja rakastavan Jumalan luomana maailmana".

Paradoksaalista kyllä, samassa Yhdysvalloissa toinen kristillinen suunta - kreationistit, joita johtaa Luomistutkimusinstituutin johtaja Duane Gishin - päinvastoin ei pidä termodynamiikan toista pääsääntöä vain tieteellisenä, vaan vetoaa siihen myös innokkaasti todistaakseen. että maailma on Jumalan luoma. Yksi heidän pääargumenteistaan ​​on, että elämä ei voisi syntyä spontaanisti, koska kaikki ympärillä on altis spontaanille tuholle, ei luomiselle.

Kun otetaan huomioon niin silmiinpistävä ristiriita näiden kahden kristillisen suuntauksen välillä, herää luonnollinen kysymys - kumpi niistä on oikeassa? Ja onko kukaan oikeassa?

Tässä artikkelissa pohditaan, missä on mahdollista ja missä on mahdotonta soveltaa termodynamiikan toista pääsääntöä ja miten se liittyy Luojaan uskon kysymyksiin.

MIKÄ ON TERMODYNAMIIKAN TOINEN ALKUPERÄ

Termodynamiikka on fysiikan haara, joka tutkii lämmön ja muiden energiamuotojen suhteita ja muutoksia. Se perustuu useisiin perusperiaatteisiin, joita kutsutaan termodynamiikan periaatteiksi (joskus laeiksi). Niistä ehkä tunnetuin on toinen periaate.

Jos teemme pienen yleiskatsauksen kaikista termodynamiikan periaatteista, ne ovat lyhyesti seuraavat: Ensimmäinen aloitus edustaa energian säilymisen lakia, jota sovelletaan termodynaamisiin järjestelmiin. Sen ydin on, että lämpö on erityinen energiamuoto ja se on otettava huomioon energian säilymisen ja muuntamisen laissa. Toinen startti asettaa rajoituksia termodynaamisten prosessien suunnalle ja estää lämmön spontaanin siirtymisen vähemmän kuumennetuista kappaleista kuumempiin kappaleisiin. Se tarkoittaa myös sitä, että lämpöä on mahdotonta muuttaa työksi 100 %:n hyötysuhteella (häviöt ympäristölle ovat väistämättömiä). Se tekee myös mahdottomaksi luoda sen pohjalta ikuisen liikekoneen. Kolmas aloitus toteaa, että minkään fyysisen kappaleen lämpötilaa on mahdotonta nostaa absoluuttiseen nollaan äärellisessä ajassa, eli absoluuttista nollaa ei voida saavuttaa. Nolla (tai yhteinen) aloitus jota joskus kutsutaan periaatteeksi, jonka mukaan eristetty järjestelmä, alkutilasta riippumatta, tulee lopulta termodynaamisen tasapainon tilaan eikä pääse siitä itsenäisesti pois. Termodynaaminen tasapaino on tila, jossa lämpöä ei siirry järjestelmän osasta toiseen. (Eristetyn järjestelmän määritelmä on annettu alla.)

Termodynamiikan toisella pääsäännöllä on edellä mainittujen lisäksi muita muotoja. Kaikki mainitsemamme luomiskiista pyörii yhden heistä. Tämä muotoilu liittyy entropian käsitteeseen, johon meidän on tutustuttava.

Haje(yhden määritelmän mukaan) on järjestelmän epäjärjestyksen tai satunnaisuuden indikaattori. Yksinkertaisesti sanottuna, mitä enemmän kaaosta järjestelmässä vallitsee, sitä suurempi on sen entropia. Termodynaamisissa järjestelmissä entropia on sitä suurempi, mitä kaoottisempi on järjestelmän muodostavien materiaalihiukkasten (esimerkiksi molekyylien) liike.

Ajan myötä tutkijat ymmärsivät, että entropia on laajempi käsite ja sitä voidaan soveltaa paitsi termodynaamisiin järjestelmiin. Yleensä missä tahansa järjestelmässä on tietty määrä kaaosta, joka voi muuttua - lisääntyä tai pienentyä. Tässä tapauksessa on aiheellista puhua entropiasta. Tässä muutamia esimerkkejä:

· Lasi vettä. Jos vesi jäätyi ja muuttui jääksi, sen molekyylit yhdistyvät kidehilaksi. Tämä vastaa suurempaa järjestystä (vähemmän entropiaa) kuin tilaa, jossa vesi on sulanut ja molekyylit liikkuvat satunnaisesti. Sulattuaan vesi kuitenkin säilyttää tietyn muodon - lasin, jossa se sijaitsee. Jos vesi haihdutetaan, molekyylit liikkuvat entistä intensiivisemmin ja vievät koko niille tarjotun tilavuuden liikkuen entistä kaoottisemmin. Siten entropia kasvaa entisestään.

· Aurinkokunta. Siinäkin voi havaita sekä järjestystä että epäjärjestystä. Planeetat liikkuvat kiertoradoillaan niin tarkasti, että tähtitieteilijät voivat ennustaa niiden sijainnin minä tahansa ajankohtana vuosituhansien eteenpäin. Aurinkokunnassa on kuitenkin useita asteroidivyöhykkeitä, jotka liikkuvat kaoottisemmin - ne törmäävät, katkeavat, joskus putoavat muille planeetoille. Kosmologien oletusten mukaan alun perin koko aurinkokunta (paitsi itse aurinko) oli täynnä tällaisia ​​asteroideja, joista myöhemmin muodostui kiinteitä planeettoja, ja nämä asteroidit liikkuivat vielä kaoottisemmin kuin nyt. Jos tämä on totta, niin aurinkokunnan entropia (muu kuin itse aurinko) oli alun perin suurempi.

· Galaxy. Galaksi koostuu tähdistä, jotka liikkuvat sen keskustan ympärillä. Mutta tässäkin on tietty määrä epäjärjestystä: tähdet törmäävät toisinaan, muuttavat liikkeen suuntaa, ja kiertoradansa keskinäisen vaikutuksen vuoksi niiden kiertoradat eivät ole ihanteellisia, ne muuttuvat hieman kaoottisesti. Joten tässä järjestelmässä entropia ei ole nolla.

· Lasten huone. Niillä, joilla on pieniä lapsia, entropian kasvu havaitaan melko usein omin silmin. Siivouksen jälkeen asunnossa vallitsee suhteellinen järjestys. Kuitenkin muutama tunti (ja joskus vähemmän) yhden tai kahden lapsen yöpymisestä siellä valveilla riittää, jotta tämän asunnon entropia kasvaa merkittävästi...

Jos viimeinen esimerkki sai sinut hymyilemään, niin luultavasti ymmärsit mitä entropia on.

Palataksemme termodynamiikan toiseen pääsääntöön, muistamme, että, kuten sanoimme, sillä on toinen muotoilu, joka liittyy entropian käsitteeseen. Se kuulostaa tältä: entropia ei voi pienentyä eristetyssä järjestelmässä. Toisin sanoen missä tahansa järjestelmässä, joka on täysin erillään ympäröivästä maailmasta, häiriö ei voi spontaanisti vähentyä: se voi vain lisääntyä tai ääritapauksissa pysyä samalla tasolla.

Jos laitat jääkuution lämpimään lukittuun huoneeseen, se sulaa hetken kuluttua. Tästä huoneesta muodostuva vesiallas ei kuitenkaan koskaan hajoa takaisin jääkuutioksi itsestään. Avaa hajuvesipullo siellä, niin haju leviää koko huoneeseen. Mutta mikään ei saa häntä palaamaan pulloon. Sytytä siellä kynttilä, niin se palaa, mutta mikään ei saa savua muuttumaan uudelleen kynttilääksi. Kaikki nämä prosessit ovat suunnattuja ja peruuttamattomia. Syy sellaiseen prosessien peruuttamattomuuteen, joka tapahtuu ei vain tässä huoneessa, vaan koko universumissa, on juuri termodynamiikan toisessa säännössä.

MITÄ TERMODYNAMIIKAN TOINEN ALKUPERÄ KOSKEVAT?

Tämä laki on kuitenkin ilmeisestä yksinkertaisuudestaan ​​huolimatta yksi vaikeimmista ja usein väärinymmärretyistä klassisen fysiikan laeista. Tosiasia on, että hänen sanamuodossaan on yksi sana, johon joskus ei kiinnitetä riittävästi huomiota - sana "eristetty". Termodynamiikan toisen lain mukaan entropia (kaaos) ei voi pienentyä vain eristetyissä järjestelmissä. Tämä on laki. Muissa järjestelmissä tämä ei kuitenkaan ole enää laki, vaan niissä entropia voi joko kasvaa tai pienentyä.

Mikä on eristetty järjestelmä? Katsotaanpa, minkä tyyppisiä järjestelmiä termodynamiikan näkökulmasta yleensä on:

· Avata. Nämä ovat järjestelmiä, jotka vaihtavat ainetta (ja mahdollisesti myös energiaa) ulkomaailman kanssa. Esimerkki: auto (kuluttaa bensiiniä, ilmaa, tuottaa lämpöä).

· Suljettu. Nämä ovat järjestelmiä, jotka eivät vaihda ainetta ympäröivän maailman kanssa, mutta voivat vaihtaa energiaa sen kanssa. Esimerkki: avaruusalus (suljettu, mutta imee aurinkoenergiaa aurinkopaneeleilla).

· Eristetty (suljettu). Nämä ovat järjestelmiä, jotka eivät vaihda ainetta tai energiaa ulkomaailman kanssa. Esimerkki: termospullo (suljettu ja säilyttää lämpöä).

Kuten totesimme, termodynamiikan toista pääsääntöä voidaan soveltaa vain kolmanteen luetelluista järjestelmätyypeistä.

Havainnollistakaamme järjestelmää, joka koostuu lukitusta lämpimästä huoneesta ja jääpalasta, joka sulai siinä ollessaan. Ihannetapauksessa tämä vastasi eristettyä järjestelmää, ja sen entropia kasvoi tässä tapauksessa. Kuvittelemme nyt kuitenkin, että ulkona on erittäin kylmä, ja avasimme ikkunan. Järjestelmä avautui: huoneeseen alkoi tunkeutua kylmää ilmaa, huoneen lämpötila putosi alle nollan ja aiemmin lätäkköksi muuttunut jääpalamme jäätyi jälleen.

Tosielämässä edes lukittu huone ei ole eristetty järjestelmä, koska itse asiassa lasi ja jopa tiilet päästävät lämpöä läpi. Ja lämpö, ​​kuten edellä totesimme, on myös energian muoto. Siksi lukittu huone ei ole varsinaisesti eristetty, vaan suljettu järjestelmä. Vaikka suljemme kaikki ikkunat ja ovet tiukasti, lämpö poistuu huoneesta vähitellen, se jäätyy ja myös lätäkkömme muuttuu jääksi.

Toinen samanlainen esimerkki on pakastin. Niin kauan kuin pakastin on pois päältä, sen lämpötila on sama kuin huoneen lämpötila. Mutta heti kun liität sen verkkoon, se alkaa jäähtyä ja järjestelmän entropia alkaa laskea. Tämä tulee mahdolliseksi, koska tällainen järjestelmä on suljettu, eli se kuluttaa energiaa ympäristöstä (tässä tapauksessa sähköstä).

On huomionarvoista, että ensimmäisessä tapauksessa (huone, jossa oli jääpala) järjestelmä luovutti energiaa ympäristöön, ja toisessa tapauksessa (huone, jossa oli pakastin), se päinvastoin sai sen. Molempien järjestelmien entropia kuitenkin pieneni. Tämä tarkoittaa, että jotta termodynamiikan toinen pääsääntö lakkaisi toimimasta muuttumattomana lakina, ei yleensä ole tärkeää energiansiirron suunta, vaan itse tällaisen järjestelmän ja järjestelmän välisen siirron tosiasia. ympäröivään maailmaan.

ESIMERKKEJÄ ENTROPIAN VÄHENTÄMISESTÄ ELÄMÄTTÄ LUONTOA. Edellä käsitellyt esimerkit järjestelmistä ovat ihmisen luomia. Onko esimerkkejä entropian vähenemisestä elottomassa luonnossa ilman mielen osallistumista? Kyllä, niin paljon kuin haluat.

	Lumihiutaleet. Satunnaisesti liikkuvat vesihöyrymolekyylit yhdistyvät muodostumisensa aikana järjestetyksi kiteeksi. Tällöin tapahtuu jäähtymistä, eli energiaa vapautuu ympäristöön ja atomit ottavat niille energeettisesti edullisemman aseman. Lumihiutaleen kidehila vastaa suurempaa järjestystä kuin satunnaisesti liikkuvat höyrymolekyylit.
	Suolakiteitä. Samanlainen prosessi on havaittavissa kokemuksissa, jotka monet saattavat muistaa koulupäivistään. Lanka lasketaan lasiin väkevällä suolaliuoksella (esim. pöytäsuola tai kuparisulfaatti), ja pian satunnaisesti liuenneet suolamolekyylit muodostavat kauniita outoja hahmoja.
	Fulguriitit. Fulguriitti on hahmo, joka muodostuu hiekasta salaman osuessa maahan. Tässä prosessissa tapahtuu energian absorptio (salama sähkövirta), mikä johtaa hiekan sulamiseen, joka sittemmin jähmettyy kiinteäksi muodoksi, joka vastaa suurempaa järjestystä kuin satunnaisesti hajallaan oleva hiekka.
	Duckweed lammen päällä. Yleensä lammen pinnalla kasvava ankkaruoho, jos sitä on tarpeeksi, valtaa koko lammen alueen. Yritä työntää ankanhernettä käsilläsi, ja minuutin kuluttua se palaa paikoilleen. Kuitenkin kun tuuli puhaltaa (joskus tuskin havaittavissa), ankkarokko kerääntyy yhteen lammen osaan ja on siellä "puristettuna". Tässä tapauksessa entropia pienenee tuulienergian absorption vuoksi.
	Typpiyhdisteiden muodostuminen. Joka vuosi maapallon ilmakehässä esiintyy noin 16 miljoonaa ukkosmyrskyä, joista jokaisen aikana syntyy kymmeniä ja satoja salamapurkauksia. Salaman välähdyksen aikana ilmakehän yksinkertaiset komponentit - typpi, happi ja kosteus - muodostavat monimutkaisempia typpiyhdisteitä, jotka ovat välttämättömiä kasvien kasvulle. Entropian lasku tapahtuu tässä tapauksessa sähköisten salamapurkausten energian absorption vuoksi.
	Butlerovin reaktio. Tämä kemiallinen prosessi tunnetaan myös nimellä autokatalyyttinen synteesi. Siinä monimutkaiset rakenteelliset sokerimolekyylit tietyssä ympäristössä kasvavat itsestään ja synnyttävät omaa lajiaan geometrisessa etenemisessä. Tämä johtuu tällaisten molekyylien kemiallisista ominaisuuksista. Kemiallisen rakenteen järjestyminen ja siten kaaoksen väheneminen Butlerov-reaktiossa tapahtuu myös energianvaihdon vuoksi ympäristön kanssa.
	Tulivuoret. Kaoottisesti liikkuvat pintaan tunkeutuvat magmamolekyylit jähmettyvät kidehilaksi ja muodostavat vulkaanisia vuoria ja monimutkaisen muotoisia kiviä. Jos tarkastelemme magmaa termodynaamisena systeeminä, sen entropia pienenee johtuen lämpöenergian vapautumisesta ympäristöön.
	Otsonin muodostuminen. Energeettisesti edullisin tila happimolekyyleille on O 2 . Kuitenkin kovan kosmisen säteilyn vaikutuksesta valtava määrä molekyylejä muuttuu otsoniksi (O 3) ja voi pysyä siinä melko pitkään. Tämä prosessi jatkuu jatkuvasti koko ajan, kun maapallon ilmakehässä on vapaata happea.
	Reikä hiekkaan. Kaikki tietävät, kuinka likainen vesimme on joissa: se sisältää roskia ja leviä ja mitä ei, ja kaikki tämä on sekoittunutta. Mutta rannan vieressä hiekassa on pieni reikä, johon vesi ei valu, vaan tihkuu läpi. Samalla se suodatetaan: tasaisesti saastunut vesi jaetaan puhtaaseen ja vielä likaisempaan. Entropia luonnollisesti pienenee, ja tämä tapahtuu painovoiman vaikutuksesta, joka tasoerojen vuoksi saa veden tihkumaan joesta reikään.
	Rapakko. Kyllä, kyllä, yksinkertainen sateen jälkeen jäänyt lätäkkö osoittaa myös, että entropia voi laskea spontaanisti! Termodynamiikan toisen pääsäännön mukaan lämpö ei voi spontaanisti siirtyä vähemmän kuumennetuista kappaleista kuumempiin kappaleisiin. Lätäkössä olevan veden lämpötila pidetään kuitenkin jatkuvasti muutaman asteen alempana kuin maaperän ja ympäröivän ilman lämpötila (voit tarkistaa tämän kotona vesilautasella ja lämpömittarilla; kosteusmittarin toiminta, joka koostuu (kuivien ja märien sipulien osalta), perustuu myös tähän periaatteeseen). Miksi? Koska lätäkkö haihtuu, kun taas nopeammat molekyylit irtautuvat pinnastaan ​​ja pakenevat, kun taas hitaammat jäävät. Koska lämpötila liittyy molekyylien liikkumisnopeuteen, käy ilmi, että lätäkkö jäähtyy jatkuvasti itseensä suhteessa lämpimämpään ympäristöön. Lätäkkö on siis avoin järjestelmä, koska se vaihtaa ympäristön kanssa energian lisäksi myös ainetta, ja siinä tapahtuvat prosessit menevät ilmeisesti päinvastaiseen suuntaan kuin termodynamiikan toinen pääsääntö osoittaa.

Jos olet älykäs ja käytät vähän aikaa, voit muistaa ja kirjoittaa muistiin tuhansia samanlaisia ​​esimerkkejä. On tärkeää huomata, että monissa luetelluista tapauksissa entropian väheneminen ei ole yksittäistapaus, vaan säännöllisyys - taipumus siihen on luontainen tällaisten järjestelmien rakentamiseen. Joten se tapahtuu joka kerta, kun oikeat olosuhteet syntyvät, ja se voi jatkua hyvin pitkään - niin kauan kuin nämä olosuhteet ovat olemassa. Kaikki nämä esimerkit eivät vaadi monimutkaisia ​​mekanismeja, jotka vähentävät entropiaa, eivätkä mielen väliintuloa.

Tietenkin, jos järjestelmää ei ole eristetty, ei ole ollenkaan välttämätöntä, että entropia siinä pienenee. Pikemminkin päinvastoin, entropian lisääntyminen tapahtuu useammin spontaanisti, toisin sanoen kaaoksen lisääntyminen. Joka tapauksessa olemme tottuneet siihen, että kaikki vartioimatta tai hoidettu tavara yleensä huononee ja muuttuu käyttökelvottomaksi, eikä parane. Voidaan jopa sanoa, että tämä on tietty aineellisen maailman perusominaisuus - spontaanin rappeutumisen halu, yleinen taipumus entropian kasvuun.

Tämä alanimike on kuitenkin osoittanut, että tämä yleinen suuntaus pätee vain eristetyissä järjestelmissä. Muissa järjestelmissä entropian kasvu ei ole laki - kaikki riippuu tietyn järjestelmän ominaisuuksista ja olosuhteista, joissa se sijaitsee. Termodynamiikan toista pääsääntöä ei voida soveltaa niihin määritelmän mukaan. Vaikka joissakin avoimissa tai suljetuissa järjestelmissä entropia kasvaa, niin tämä ei ole termodynamiikan toisen lain täyttymys, vaan vain ilmentymä yleisestä taipumuksesta entropian kasvuun, joka on ominaista koko aineelliselle maailmalle. mutta kaukana absoluuttisesta.

TERMODYNAMIIKAN TOINEN ALKUPERÄ JA universumimme

Kun innostunut tarkkailija katsoo tähtitaivasta, samoin kuin kokenut tähtitieteilijä katselee sitä kaukoputken läpi, he molemmat voivat havaita paitsi sen kauneuden, myös hämmästyttävän järjestyksen, joka vallitsee tässä makrokosmuksessa.

Voidaanko tätä järjestystä kuitenkin käyttää todistamaan, että Jumala loi maailmankaikkeuden? Olisiko oikein käyttää tätä päättelyä: koska maailmankaikkeus ei pudonnut kaaokseen termodynamiikan toisen lain mukaisesti, todistaako tämä, että sitä hallitsee Jumala?

Ehkä olet tottunut ajattelemaan kyllä. Mutta itse asiassa, toisin kuin yleinen käsitys, ei. Tarkemmin sanottuna tässä yhteydessä on mahdollista ja tarpeellista käyttää hieman erilaisia ​​todisteita, mutta ei termodynamiikan toista pääsääntöä.

Ensinnäkin kunnes maailmankaikkeus on todistettu eristetyksi järjestelmäksi. Vaikka päinvastaista ei tietenkään ole todistettu, on silti mahdotonta yksiselitteisesti sanoa, että termodynamiikan toista pääsääntöä voidaan soveltaa siihen yleisesti.

Mutta sanotaan, että universumin eristäminen järjestelmänä tulee todistetuksi tulevaisuudessa (tämä on täysin mahdollista). Mitä sitten?

toiseksi, termodynamiikan toinen pääsääntö ei kerro, mikä tarkalleen hallitsee tietyssä järjestelmässä - järjestys vai kaaos. Toinen laki kertoo, mihin suuntaan tämä järjestys tai epäjärjestys muuttuu - eristetyssä järjestelmässä kaaos kasvaa. Ja mihin suuntaan maailmankaikkeuden järjestys muuttuu? Jos puhumme maailmankaikkeudesta kokonaisuutena, kaaos (samoin kuin entropia) lisääntyy siinä. Tässä on tärkeää olla sekoittamatta universumia yksittäisiin tähtiin, galaksiin tai niiden ryhmiin. Yksittäiset galaksit (kuten oma Linnunrattamme) voivat olla erittäin vakaita rakenteita eivätkä näytä hajoavan ollenkaan moniin miljooniin vuosiin. Mutta ne eivät ole eristettyjä järjestelmiä: ne säteilevät jatkuvasti energiaa (kuten valoa ja lämpöä) ympäröivään tilaan. Tähdet palavat ja lähettävät jatkuvasti ainetta ("aurinkotuulta") tähtienväliseen avaruuteen. Tästä johtuen universumi käy läpi jatkuvan prosessin, jossa tähtien ja galaksien rakenteellinen aines muuttuu kaoottisesti hajallaan olevaksi energiaksi ja kaasuksi. Ja mitä tämä on, jos ei entropian kasvua?

Nämä hajoamisprosessit tapahtuvat tietysti hyvin hitaasti, joten emme näytä tuntevan niitä. Mutta jos pystyisimme tarkkailemaan niitä erittäin kiihtyvällä nopeudella - vaikkapa biljoona kertaa nopeammin, niin silloin silmiemme edessä avautuisi erittäin dramaattinen kuva tähtien syntymästä ja kuolemasta. On syytä muistaa, että ensimmäinen tähtien sukupolvi, joka on ollut olemassa maailmankaikkeuden alusta lähtien, on jo kuollut. Kosmologien mukaan planeettamme koostuu kerran palaneen tähden olemassaolon ja räjähdyksen jäänteistä; tällaisten räjähdysten seurauksena muodostuu kaikki raskaat kemialliset alkuaineet.

Siksi, jos katsomme maailmankaikkeuden eristettynä järjestelmänä, termodynamiikan toinen laki siinä kokonaisuudessaan täyttyy sekä menneisyydessä että tänään. Tämä on yksi Jumalan asettamista laeista, ja siksi se toimii universumissa samalla tavalla kuin muut fyysiset lait.

Huolimatta edellä sanotusta, universumissa on monia yllättäviä asioita, jotka liittyvät siinä vallitsevaan järjestykseen, vain se ei johdu termodynamiikan toisesta säännöstä, vaan muista syistä.

Joten "Newsweek"-lehdessä (numero 11.9.98) pohdittiin, mihin johtopäätöksiin löydöt johtavat maailmankaikkeuden luomiseen. Siinä sanottiin, että tosiasiat "osoitavat energian ja liikkeen alkuperästä ex nihilo, eli tyhjästä, valtavasta valon ja energian räjähdyksestä, mikä vastaa pikemminkin [Raamatun kirjan] Genesiksen kuvausta." Kiinnitä huomiota siihen, kuinka Newsweek-lehti selitti universumin syntymän samankaltaisuuden tämän tapahtuman raamatullisen kuvauksen kanssa.

Lehti kirjoittaa: ”Vapautetut voimat olivat – ja ovat edelleen – hämmästyttävän (ihana?) tasapainossa: jos alkuräjähdys olisi ollut hieman vähemmän voimakas, maailmankaikkeuden laajeneminen olisi ollut hitaampaa ja pian (muutamassa miljoonassa vuodessa) tai muutamassa minuutissa - joka tapauksessa pian ) kääntäisi prosessin päinvastaiseksi ja romahtaisi. Jos räjähdys olisi hieman voimakkaampi, maailmankaikkeus voisi muuttua liian harvinaiseksi "nestekeitoksi" ja tähtien muodostuminen olisi mahdotonta. Mahdollisuudet olemassaolomme olivat kirjaimellisesti tähtitieteellisesti pienet. Aineen ja energian suhteen avaruuden tilavuuteen alkuräjähdyksessä olisi pitänyt pysyä kvadriljoonan prosentin sisällä ihanteellisesta suhteesta.

Newsweek ehdotti, että oli Joku, joka kontrolloi universumin luomista, joka tiesi: "poista edes yksi aste (kuten edellä mainittiin, virhemarginaali oli yhden prosentin kvadrillijoonasosa) ... ja tulos ei olisi vain epäharmonia , mutta ikuinen entropia ja jää.

Astrofyysikko Alan Lightman myönsi: "Se tosiasia, että universumi luotiin niin hyvin organisoidulla tavalla, on mysteeri [tieteilijöille]." Hän lisäsi, että "kaiken kosmologisen teorian, joka väittää olevansa onnistunut, täytyy lopulta selittää tämä entropiamysteeri": miksi universumi ei joutunut kaaokseen. Ilmeisesti niin pieni todennäköisyys tapahtumien oikealle kehittymiselle ei voinut olla sattumaa. (Lainattu Herätkää!, 22.6.1999 numero, s. 7.)

TERMODYNAMIIKAN TOINEN ALKUPERÄ JA ELÄMÄN ALKUPERÄ

Kuten edellä todettiin, kreationistien keskuudessa teoriat ovat suosittuja, että termodynamiikan toinen pääsääntö todistaa elämän spontaanin syntymisen mahdottomaksi elottomasta aineesta. 1970-luvun lopulla ja 1980-luvun alussa Creation Research Institute julkaisi kirjan tästä aiheesta ja jopa yritti käydä kirjeenvaihtoa Neuvostoliiton tiedeakatemian kanssa tästä aiheesta (kirjeenvaihto epäonnistui).

Kuitenkin, kuten edellä näimme, termodynamiikan toinen pääsääntö toimii vain eristetyissä järjestelmissä. Maapallo ei kuitenkaan ole eristetty järjestelmä, koska se vastaanottaa jatkuvasti energiaa auringosta ja päinvastoin antaa sen avaruuteen. Ja elävä organismi (jopa esimerkiksi elävä solu) vaihtaa lisäksi ympäristön ja aineen kanssa. Siksi termodynamiikan toinen pääsääntö ei päde tähän kysymykseen määritelmän mukaan.

Yllä mainittiin myös, että aineellisella maailmalla on tietty yleinen taipumus entropian kasvuun, minkä vuoksi asiat useammin tuhoutuvat ja joutuvat kaaokseen kuin luodaan. Kuten olemme todenneet, se ei kuitenkaan ole laki. Lisäksi, jos irtaudumme meille tutusta makrokosmosta ja syöksymme mikrokosmoseen - atomien ja molekyylien maailmaan (eli siitä, kuten oletetaan, elämä alkoi), niin näemme, että se on paljon helpompi kääntää entropian kasvuprosessit siinä. Joskus siinä riittää yksi sokea, hallitsematon isku, jotta järjestelmän entropia alkaa laskea. Planeettamme on varmasti täynnä esimerkkejä tällaisista vaikutuksista: auringon säteily ilmakehässä, vulkaaninen lämpö valtameren pohjassa, tuuli maan pinnalla ja niin edelleen. Ja niiden seurauksena monet prosessit kulkevat jo päinvastaiseen, heille "epäedulliseen" suuntaan tai päinvastaisesta suunnasta tulee heille "edullinen" (katso esimerkit yllä alaotsikossa "Esimerkkejä entropian pienenemisestä elottomassa luonnossa"). Siksi edes yleistä pyrkimystämme lisätä entropiaa ei voida soveltaa elämän syntymiseen ehdottomana sääntönä: siihen on liian monia poikkeuksia.

Yllä oleva ei tietenkään tarkoita, että koska termodynamiikan toinen pääsääntö ei kiellä spontaanin elämän syntymistä, elämä olisi voinut syntyä itsestään. On monia muita asioita, jotka tekevät tällaisen prosessin mahdottomaksi tai erittäin epätodennäköiseksi, mutta ne eivät enää liity termodynamiikkaan ja sen toiseen pääsääntöön.

Esimerkiksi tutkijat onnistuivat keinotekoisissa olosuhteissa saamaan useita aminohappoja jäljittelemällä Maan ensisijaisen ilmakehän odotettuja olosuhteita. Aminohapot ovat eräänlaisia ​​elämän rakennuspalikoita: elävissä organismeissa niistä rakennetaan proteiineja (proteiineja). Elämälle välttämättömät proteiinit koostuvat kuitenkin sadoista ja joskus tuhansista aminohapoista, jotka on yhdistetty tiukkaan sekvenssiin ja asetettu erityisellä tavalla erityiseen muotoon (katso kuva oikealla). Jos linkität aminohapot satunnaisessa järjestyksessä, todennäköisyys luoda vain yksi suhteellisen yksinkertainen toiminnallinen proteiini on mitätön - niin pieni, että tätä tapahtumaa ei koskaan tapahdu. Niiden satunnaisen esiintymisen myöntäminen on suunnilleen sama kuin vuoristosta useiden tiilimäisten kivien löytämisen jälkeen väittää, että lähellä oleva kivitalo muodostui satunnaisesti samoista kivistä luonnonprosessien vaikutuksesta.

Toisaalta elämän olemassaoloon pelkät proteiinit eivät myöskään riitä: tarvitaan yhtä monimutkaisia ​​DNA- ja RNA-molekyylejä, joiden satunnainen esiintyminen on myös uskomatonta. DNA on pohjimmiltaan jättimäinen varasto strukturoitua tietoa, jota tarvitaan proteiinien valmistukseen. Sitä palvelee kokonainen proteiini- ja RNA-kompleksi, joka kopioi ja korjaa nämä tiedot ja käyttää niitä "tuotantotarkoituksiin". Kaikki tämä on yksittäinen järjestelmä, jonka komponenteilla ei ole erikseen mitään järkeä ja joista mitään ei voida poistaa siitä. On vain alettava syventää tämän järjestelmän rakennetta ja sen toimintaperiaatteita ymmärtääkseen, että Brilliant Designer työskenteli sen luomisessa.

TERMODYNAMIIKAN TOINEN ALKUPERÄ JA USKO LUOJAAN

Onko termodynamiikan toinen pääsääntö yhteensopiva Luojaan yleisesti uskomisen kanssa? Ei vain sillä tosiasialla, että hän on olemassa, vaan sillä tosiasialla, että hän loi maailmankaikkeuden ja elämän maan päälle (1. Moos. 1:1–27; Ilmestys 4:11); että hän lupasi, että maa olisi olemassa ikuisesti (Psalmi 103:5), mikä tarkoittaa, että sekä aurinko että maailmankaikkeus ovat ikuisia muodossa tai toisessa; että ihmiset elävät ikuisesti taivaassa maan päällä eivätkä koskaan kuole (Psalmi 36:29; Matteus 25:46; Ilmestys 21:3, 4)?

Voimme turvallisesti sanoa, että usko termodynamiikan toiseen pääsääntöön on täysin yhteensopiva uskon kanssa Luojaan ja hänen lupauksiinsa. Ja syy tähän on itse tämän lain muotoilussa: "eristetyssä järjestelmässä entropia ei voi pienentyä". Mikä tahansa eristetty järjestelmä pysyy eristettynä vain niin kauan kuin kukaan ei puutu sen työhön, mukaan lukien Luoja. Mutta heti kun hän puuttuu asiaan ja lähettää osan ehtymättömästä voimastaan ​​siihen, järjestelmä lakkaa olemasta eristetty ja termodynamiikan toinen pääsääntö lakkaa toimimasta siinä. Samaa voidaan sanoa yleisemmästä entropian kasvutrendistä, josta puhuimme edellä. Kyllä, on selvää, että melkein kaikella ympärillämme olevalla - atomeista universumiin - on taipumus tuhoutua ja hajoaa ajan myötä. Mutta Luojalla on tarvittava voima ja viisaus pysäyttää kaikki rappeutumisprosessit ja jopa kääntää ne takaisin, kun Hän katsoo sen tarpeelliseksi.

Mitä prosesseja ihmiset yleensä esittävät tekevän iankaikkisen elämän mahdottomaksi?

· Muutaman miljardin vuoden kuluttua aurinko sammuu. Tämä olisi tapahtunut, jos Luoja ei olisi koskaan puuttunut hänen työhönsä. Hän on kuitenkin maailmankaikkeuden Luoja ja hänellä on valtava energia, joka riittää pitämään Auringon palamassa ikuisesti. Esimerkiksi energiaa kuluttamalla se voi kääntää Auringossa tapahtuvat ydinreaktiot ikään kuin täyttäen sen polttoaineella vielä useiksi miljardeiksi vuosiksi ja myös täydentää niitä ainemääriä, jotka aurinko menettää aurinkotuulen muodossa.

· Ennemmin tai myöhemmin Maa törmää asteroidiin tai mustaan ​​aukkoon. Riippumatta siitä, kuinka pieni todennäköisyys tälle on, se on olemassa, ja siksi ikuisuuden kuluessa se varmasti toteutuisi. Jumala voi kuitenkin voimaansa käyttäen suojella maapalloa kaikilta vahingoilta etukäteen yksinkertaisesti estämällä tällaisten vaarallisten esineiden lähestymästä planeettaamme.

· Kuu lentää pois maasta, ja maasta tulee asumiskelvoton. Kuu stabiloi maan akselin kallistusta, minkä ansiosta sen ilmasto pysyy enemmän tai vähemmän vakiona. Kuu on vähitellen poistumassa maasta, minkä vuoksi tulevaisuudessa akselin kallistus voi muuttua ja ilmasto muuttua sietämättömäksi. Mutta Jumalalla on tietysti tarvittava voima estää tällaiset tuhoisat muutokset ja pitää Kuun kiertoradalla, missä Hän parhaaksi näkee.

Ei ole epäilystäkään siitä, että aineellisen maailman asiat ovat alttiita ikääntymiselle, rappeutumiselle ja tuholle. Mutta meidän on muistettava, että Jumala itse loi maailman tällä tavalla. Ja niin se oli osa hänen suunnitelmaansa. Maailmaa ei ole suunniteltu olemaan ikuisesti erillään Jumalasta. Päinvastoin, se luotiin olemaan ikuisesti Jumalan hallinnassa. Ja koska Jumalalla oli sekä viisautta että voimaa luoda maailma, meillä ei ole syytä epäillä, etteikö hänellä olisi sama voima ja viisaus huolehtia luomakunnastaan ​​ikuisesti, pitäen kaiken siinä hallinnassaan.

Seuraavat Raamatun jakeet vakuuttavat meille, että aurinko, kuu, maa ja ihmiset ovat olemassa ikuisesti:
· « He pelkäävät sinua niin kauan kuin aurinko ja kuu ovat olemassa - sukupolvelta toiselle» (Psalmi 72:5)
· « [Maa] ei vapise ikuisesti, ikuisesti» (Psalmi 103:5)
· « Vanhurskaat perivät maan ja elävät siinä ikuisesti» (Psalmi 37:29)

Siksi mikään ei estä meitä samanaikaisesti uskomasta termodynamiikan toiseen pääsääntöön ja pitämästä sitä oikeana tieteellisenä periaatteena ja samalla olemasta syvästi uskonnollisia ihmisiä ja odottamasta kaikkien Raamattuun kirjattujen Jumalan lupausten täyttymistä.

KÄYTÄ REHETÄ ARGUMENTTIA

Joten jos olet uskovainen, mihin artikkelin alussa mainituista uskonnollisista ryhmistä lisäisit äänesi? Yllä kuvatun kristillisten konservatiivien mielenosoituksen osallistujille, jotka vaativat termodynamiikan toisen lain kumoamista? Tai kreationisteille, jotka käyttävät tätä lakia todisteena siitä, että Jumala on luonut elämän? En ole kenenkään puolesta.

Useimmat uskovat pyrkivät puolustamaan uskoaan tavalla tai toisella, ja jotkut käyttävät tähän tieteen tietoja, jotka suurelta osin vahvistavat Luojan olemassaolon. Meidän on kuitenkin tärkeää muistaa yksi vakava raamatullinen periaate: "me... haluamme olla rehellisiä kaikessa" (Hepr. 13:18). Siksi tietysti olisi väärin käyttää mitä tahansa vääriä argumentteja todistamaan Jumalan olemassaolo.

Kuten olemme nähneet tästä artikkelista, termodynamiikan toista pääsääntöä ei voida käyttää todisteena Jumalan olemassaolosta, aivan kuten Jumalan olemassaolo tai ei-olemattomuus ei todista tai kumoa termodynamiikan toista pääsääntöä. Toinen laki ei yksinkertaisesti liity suoraan kysymykseen Luojan olemassaolosta, samoin kuin suurin osa muista fysiikan laeista (esimerkiksi universaalin painovoiman laki, liikemäärän säilymislaki, Arkhimedesin laki, tai kaikki muut termodynamiikan periaatteet).

Jumalan luomukset tarjoavat meille suuren joukon vakuuttavia todisteita sekä satunnaisia ​​todisteita Luojan olemassaolosta. Siksi, jos jokin aiemmin todisteena käyttämistämme väitteistä osoittautui virheelliseksi, sinun ei pitäisi pelätä kieltäytyä siitä, jotta voit käyttää vain rehellisiä perusteita uskosi puolustamiseen.

Ilmaisee energian säilymisen ja muuntamisen lakia, se ei salli termodynaamisten prosessien virtauksen suunnan määrittämistä. Lisäksi voidaan kuvitella monia prosesseja, jotka eivät ole ristiriidassa ensimmäisen lain kanssa, jossa energiaa säilyy, mutta niitä ei suoriteta luonnossa. Termodynamiikan toisen pääsäännön ilmaantuminen – tarve vastata kysymykseen, mitkä prosessit ovat mahdollisia luonnossa ja mitkä eivät – määrää prosessien kehityksen suunnan.

Käyttämällä entropian käsitettä ja Clausiuksen epäyhtälöä, termodynamiikan toinen pääsääntö voidaan muotoilla laiksi suljetun järjestelmän entropian kasvusta peruuttamattomien prosessien aikana: mikä tahansa peruuttamaton prosessi suljetussa järjestelmässä tapahtuu siten, että järjestelmän entropia kasvaa.

Voimme antaa tiiviimmän muotoilun termodynamiikan toisesta pääsäännöstä:

Suljetussa järjestelmässä tapahtuvissa prosesseissa entropia ei vähene. Tässä on olennaista, että puhutaan suljetuista järjestelmistä, koska avoimissa järjestelmissä entropia voi käyttäytyä millä tahansa tavalla (vähentyä, kasvaa, pysyä vakiona). Lisäksi huomautamme jälleen kerran, että entropia pysyy vakiona suljetussa järjestelmässä vain palautuvissa prosesseissa. Suljetun järjestelmän peruuttamattomissa prosesseissa entropia kasvaa aina.

Boltzmannin kaava mahdollistaa entropian kasvun selittämisen suljetussa järjestelmässä termodynamiikan toisen pääsäännön perusteella peruuttamattomien prosessien aikana: entropian kasvu tarkoittaa järjestelmän siirtymistä vähemmän todennäköisestä todennäköisempään valtioita. Siten Boltzmannin kaava antaa meille mahdollisuuden antaa tilastollinen tulkinta termodynamiikan toisesta säännöstä. Se on tilastollinen laki, joka kuvaa suljetun järjestelmän muodostavien suuren määrän hiukkasten kaoottisen liikkeen säännönmukaisuuksia.

Osoittakaamme vielä kaksi termodynamiikan toisen pääsäännön muotoilua:

1) Kelvinin mukaan: kiertoprosessi on mahdoton, jonka ainoa tulos on lämmittimestä tulevan lämmön muuntaminen sitä vastaavaksi työksi;

2) Clausiuksen mukaan : pyöreä prosessi on mahdoton, jonka ainoa tulos on lämmön siirtyminen vähemmän kuumennetusta kappaleesta kuumempaan.

On melko helppoa todistaa (jätämme sen lukijan tehtäväksi) Kelvinin ja Clausiuksen formulaatioiden vastaavuus. Lisäksi on osoitettu, että jos suljetussa järjestelmässä suoritetaan kuvitteellinen prosessi, joka on ristiriidassa termodynamiikan toisen lain kanssa Clausiuksen formulaatiossa, siihen liittyy entropian lasku. Tämä todistaa myös Clausiuksen (ja siten myös Kelvinin) formulaation ja tilastollisen muotoilun, jonka mukaan suljetun järjestelmän entropia ei voi pienentyä, vastaavuuden.

XIX vuosisadan puolivälissä. nousi esiin maailmankaikkeuden niin sanotun lämpökuoleman ongelma . Clausius katsoi maailmankaikkeuden suljettuna järjestelmänä ja soveltaa siihen termodynamiikan toista pääsääntöä ja rajoitti sen sisällön väitteeseen, että maailmankaikkeuden entropian on saavutettava maksiminsa. Tämä tarkoittaa, että ajan myötä kaiken liikkeen on muututtava termiseksi.

Lämmön siirtyminen kuumista kappaleista kylmiin johtaa siihen, että kaikkien universumin kappaleiden lämpötila tulee tasaiseksi, ts. täydellinen lämpötasapaino tulee ja kaikki prosessit universumissa pysähtyvät - universumin lämpökuolema tulee. Virheellinen johtopäätös lämpökuolemasta on siinä, että ei ole mitään järkeä soveltaa termodynamiikan toista pääsääntöä ei-suljettuihin järjestelmiin, esimerkiksi sellaiseen rajattomaan ja äärettömästi kehittyvään järjestelmään kuin universumi. Lämpökuoleman johtopäätöksen epäjohdonmukaisuutta korosti myös F. Engels teoksessaan "Dialectics of Nature".

Termodynamiikan kaksi ensimmäistä lakia eivät anna riittävästi tietoa termodynaamisten järjestelmien käyttäytymisestä nollakelvinissä. Niitä täydennetään termodynamiikan kolmas pääsääntö, tai Nernstin lause(V. F. G. Nernst (1864-1941) - saksalainen fyysikko ja fysikokemisti) - Lauta: kaikkien tasapainossa olevien kappaleiden entropia pyrkii nollaan lämpötilan lähestyessä nollaa Kelviniä:

Koska entropia määritellään additiiviseen vakioon asti, on tarkoituksenmukaista pitää tämä vakio yhtä suureksi kuin nolla (huomaa kuitenkin, että tämä on mielivaltainen oletus, koska entropia luonteeltaan kokonaisuuksia määritetään aina additiiviseen vakioon asti). Nernst-Planckin lauseesta seuraa, että lämpökapasiteetit C s Ja CV 0K:ssa ovat nolla.