Otrais termodinamikas likums nosaka reālo termisko procesu virzienu, kas notiek ar ierobežotu ātrumu.

Otrais sākums(otrais likums) termodinamika Tā ir vairāki formulējumi . Piemēram, jebkura darbība, kas saistīti ar enerģijas pārveidi(tas ir, ar enerģijas pāreju no vienas formas uz otru), nevar notikt bez tā zudumiem vidē izkliedētā siltuma veidā. Vairāk vispārējs skats tas nozīmē, ka enerģijas transformācijas (pārveidošanas) procesi var notikt spontāni tikai ar nosacījumu, ka enerģija pāriet no koncentrētas (sakārtotas) formas uz izkliedētu (nesakārtotu) formu.

Cits definīcija Otrais termodinamikas likums ir tieši saistīts ar Klausiusa princips : process, kurā nenotiek nekādas izmaiņas, izņemot siltuma pārnešanu no karsta ķermeņa uz aukstu, ir neatgriezenisks, tas ir, siltums nevar spontāni pāriet no aukstāka ķermeņa uz karstāku. Kurā šāda enerģijas pārdale sistēmā raksturo lielums , zvanīja entropija , kas ir kā valsts funkcija gadā pirmo reizi tika ieviesta termodinamiskā sistēma (funkcija ar kopējo diferenciālu). 1865 gadā tieši Klausiuss. Entropija - tas ir enerģijas neatgriezeniskas izkliedes mērs. Jo lielāks enerģijas daudzums, kas neatgriezeniski izkliedējas siltuma veidā, jo lielāka ir entropija.

Tādējādi no šiem otrā termodinamikas likuma formulējumiem mēs varam secināt, ka jebkura sistēma kuras īpašības laika gaitā mainās, tiecas pēc līdzsvara stāvokļa, kurā sistēmas entropijaņem maksimālo vērtību. Sakarā ar šo otrais termodinamikas likums bieži zvana entropijas pieauguma likums , un viņa pati entropija (Kā fiziskais daudzums vai kā fizisks jēdziens) apsver kā fizikāli ķīmiskās sistēmas iekšējo traucējumu mērs .

Citiem vārdiem sakot, entropija – valsts funkcija raksturojot spontāno procesu virzienu slēgtā termodinamiskā sistēma. Līdzsvara stāvoklī slēgtas sistēmas entropija sasniedz maksimumu un makroskopiski procesi šādā sistēmā nav iespējami. Maksimālā entropija atbilst pilnīgam haosam .

Visbiežāk sistēmas pāreju no viena stāvokļa uz otru raksturo nevis entropijas absolūtā vērtība S , un tā maiņa ∆ S , kas ir vienāda ar siltumenerģijas daudzuma (paziņotā sistēmai vai no tās izņemtā) izmaiņu attiecību pret sistēmas absolūto temperatūru: ∆ S= ∆Q/T J/deg. Šis ir tā sauktais termodinamiskā entropija .

Turklāt entropijai ir statistiskā nozīme. Pārejot no viena makrostāvokļa uz otru, palielinās arī statistiskā entropija, jo šādu pāreju vienmēr pavada liels skaits mikrostāvokļu, un līdzsvara stāvokli (uz kuru sistēma tiecas) raksturo maksimālais mikrostāvokļu skaits.

Saistībā ar entropijas jēdzienu termodinamikā laika jēdziens iegūst jaunu nozīmi. Klasiskajā mehānikā laika virziens netiek ņemts vērā un mehāniskās sistēmas stāvokli var noteikt gan pagātnē, gan nākotnē. Termodinamikā laiks parādās kā neatgriezenisks entropijas palielināšanās process sistēmā. Tas ir, jo lielāka ir entropija, jo ilgāks laika periods ir pagājis sistēmas attīstībā.

Turklāt, lai saprastu entropijas fizisko nozīmi tas jāpatur prātā dabā ir četras termodinamisko sistēmu klases :

A) izolētas vai slēgtas sistēmas(šādu sistēmu pārejas laikā no viena stāvokļa uz otru nenotiek enerģijas, matērijas un informācijas pārnešana pāri sistēmas robežām);

b) adiabātiskās sistēmas(tikai nenotiek siltuma apmaiņa ar vidi);

V) slēgtas sistēmas(apmainīties ar enerģiju, bet ne matēriju, ar blakus sistēmām) (piemēram, kosmosa kuģis);

G) atvērtās sistēmas(apmainīties ar vielu, enerģiju un informāciju ar vidi). Šajās sistēmās, pateicoties enerģijas ienākšanai no ārpuses, var rasties izkliedējošas struktūras ar daudz zemāku entropiju.

Atvērtām sistēmām entropija samazinās. Pēdējais galvenokārt attiecas bioloģiskās sistēmas, tas ir, dzīvie organismi, kas ir atvērtas nelīdzsvara sistēmas. Šādas sistēmas raksturo koncentrācijas gradienti ķīmiskās vielas, temperatūra, spiediens un citi fizikāli ķīmiski lielumi. Mūsdienu, tas ir, nelīdzsvarotās termodinamikas jēdzienu izmantošana ļauj aprakstīt atvērtu, tas ir, reālu sistēmu uzvedību. Šādas sistēmas vienmēr apmainās ar enerģiju, vielu un informāciju ar savu vidi. Turklāt šādi vielmaiņas procesi ir raksturīgi ne tikai fiziskajām vai bioloģiskajām sistēmām, bet arī sociāli ekonomiskajām, kultūras, vēsturiskajām un humanitārajām sistēmām, jo ​​tajās notiekošie procesi parasti ir neatgriezeniski.

Trešais termodinamikas likums (trešais termodinamikas likums) ir saistīts ar "absolūtās nulles" jēdzienu. Fiziskā nozīmeŠis likums, kas parādīts V. Nernsta (vācu fiziķa) termiskajā teorēmā, sastāv no principiālas neiespējamības sasniegt absolūto nulli (-273,16ºС), pie kuras molekulu translācijas termiskajai kustībai vajadzētu apstāties, un entropija pārstās būt atkarīga no parametrus fiziskais stāvoklis sistēmas (jo īpaši no siltumenerģijas izmaiņām). Nernsta teorēma attiecas tikai uz sistēmu termodinamiski līdzsvara stāvokļiem.

Citiem vārdiem sakot, Nernsta teorēmai var dot šādu formulējumu: tuvojoties absolūtajai nullei, entropija palielinās∆S tiecas uz labi definētu galīgo robežu, neatkarīgi no vērtībām, ko nosaka visi sistēmas stāvokli raksturojošie parametri(piemēram, tilpums, spiediens, agregācijas stāvoklis utt.).

Izprotiet Nernsta teorēmas būtību iespējams plkst šādu piemēru. Gāzes temperatūrai pazeminoties, notiks tās kondensācija un sistēmas entropija samazināsies, jo molekulas tiek izvietotas sakārtotāk. Tālāk pazeminoties temperatūrai, notiks šķidruma kristalizācija, ko pavada lielāka sakārtotība molekulu izkārtojumā un līdz ar to vēl lielāka entropijas samazināšanās. Pie absolūtās nulles temperatūras visa termiskā kustība apstājas, izzūd nekārtība, iespējamo mikrostāvokļu skaits samazinās līdz vienam, un entropija tuvojas nullei.

4. Pašorganizācijas jēdziens. Pašorganizācija atvērtās sistēmās.

Jēdziens " sinerģētika" 1973. gadā ierosināja vācu fiziķis Hermanis Haken lai norādītu virzienu, sauca pētījumiem vispārīgie likumi pašorganizācija – sarežģītas sistēmas elementu koordinētas darbības fenomens bez ārējas kontroles darbības. Sinerģētika (tulkojumā no grieķu valodas – kopīgs, saskaņots, veicinošs) – zinātniskais virziens mācās savienojumi starp struktūras elementiem(apakšsistēmas), kas veidojas atvērtajās sistēmās (bioloģiski, fizikāli ķīmiski, ģeoloģiski-ģeogrāfiski utt.) pateicoties intensīvai(straumēšana) vielas, enerģijas un informācijas apmaiņa ar vidi nelīdzsvarotos apstākļos. Šādās sistēmās tiek novērota koordinēta apakšsistēmu uzvedība, kā rezultātā palielinās sakārtotības pakāpe (entropija samazinās), tas ir, attīstās pašorganizēšanās process.

Līdzsvarsir miera un simetrijas stāvoklis, A asimetrija noved uz kustību un nelīdzsvara stāvokli .

Būtisks ieguldījums sistēmu pašorganizācijas teorijā ieguldījis krievu izcelsmes beļģu fiziķis I.R. Prigožins (1917-2003). Viņš to parādīja iekšā izkliedējošās sistēmas (sistēmas, kurās notiek entropijas izkliede) neatgriezenisku nelīdzsvara procesu gaitā rodas sakārtoti veidojumi, kurus viņš nosauca izkliedējošas struktūras.

Pašorganizācija-Šo kārtības un organizācijas spontānas rašanās process no nekārtības(haoss) atvērtās nelīdzsvarotās sistēmās. Sistēmas parametru nejaušas novirzes no līdzsvara ( svārstības) spēlē ļoti svarīgu lomu sistēmas funkcionēšanā un pastāvēšanā. Līdz svārstību pieaugums absorbējot enerģiju no vidi sistēma sasniedz dažus kritisks stāvoklis Un pāriet uz jaunu līdzsvara stāvokli Ar vairāk augsts līmenis grūtības Un pasūtījums salīdzinot ar iepriekšējo. Sistēma, pašorganizējoties jaunā stacionārā stāvoklī, samazina savu entropiju, tā it kā “izgāž” vidē savu pārpalikumu, kas palielinās iekšējo procesu ietekmē.

Izkļūt no haosa sakārtota struktūra (pievilcējs , jeb izkliedējošā struktūra) ir sacensību rezultāts visu sistēmā iegulto iespējamo stāvokļu kopas. Konkurences rezultātā notiek spontāna pašreizējos apstākļos adaptīvākās struktūras atlase.

Sinerģētika ir balstīta par nelīdzsvarotu procesu termodinamiku, nejaušo procesu teoriju, nelineāro svārstību un viļņu teoriju.

Sinerģētika pēta sistēmu rašanos un attīstību. Atšķirt trīs veidu sistēmas: 1) slēgts, kas neapmainās ar vielu, enerģiju vai informāciju ar blakus esošajām sistēmām (vai ar vidi); 2) slēgts kas apmainās ar enerģiju, bet ne matēriju, ar blakus esošajām sistēmām (piemēram, kosmosa kuģi); 3) atvērts, kas apmainās gan ar vielu, gan enerģiju ar blakus esošajām sistēmām. Gandrīz visas dabiskās (ekoloģiskās) sistēmas ir atvērta tipa.

Sistēmu esamība neiedomājami nekādu savienojumu. Pēdējie ir sadalīti tiešos un apgrieztos. Taisni viņi to sauc savienojums , kurā viens elements ( A) iedarbojas uz citu ( IN) bez atbildes. Plkst atsauksmes elements IN reaģē uz elementa darbību A. Atsauksmes var būt pozitīvas vai negatīvas.

Pozitīvas atsauksmes noved pie procesa intensifikācijas vienā virzienā. Tās darbības piemērs ir teritorijas aizsērēšana (piemēram, pēc mežu izciršanas). Process sākas tēlot V viens virziens: palielināts mitrums – skābekļa samazināšanās – lēnāka augu atlieku sadalīšanās – kūdras uzkrāšanās – vēl vairāk pastiprināta aizsērēšana.

Atsauksmes negatīvas atsauksmes darbojas tā, ka, reaģējot uz elementa pastiprinātu darbību A palielinās elementa pretējā virziena spēks B. Šis savienojums ļauj sistēmai palikt stāvoklī stabils dinamiskais līdzsvars. Tas ir visizplatītākais un svarīgs skats savienojumi dabas sistēmās. Tie galvenokārt ir ekosistēmu ilgtspējības un stabilitātes pamats.

Svarīgs īpašums sistēmas ir parādīšanās (tulkojumā no angļu valodas - parādīšanās, kaut kā jauna parādīšanās). Šī īpašība slēpjas apstāklī, ka sistēmas īpašības kopumā nav vienkārša tās sastāvdaļu vai elementu īpašību summa, bet gan sistēmas dažādo saišu savstarpējās attiecības nosaka tās jauno kvalitāti.

Sinerģiskā pieeja sistēmu apsvēršanai ir balstīta uz trīs jēdzieni: nelīdzsvarotība, atvērtība Un nelinearitāte .

Nelīdzsvarotība(nestabilitāte) – sistēmas stāvokli, kurā notiek izmaiņas tā makroskopiskajos parametros, tas ir, sastāvā, struktūrā, uzvedībā.

Atklātība -sistēmas spēja pastāvīgi apmainās ar vielu, enerģiju, informāciju ar vidi, un tiem ir gan “avoti” - enerģijas papildināšanas zonas no vides, gan izkliedes zonas, “nogrimšana”.

Nelinearitāte -sistēmas īpašība palikt citādāk stacionāri stāvokļi, kas atbilst dažādiem šīs sistēmas pieļaujamajiem uzvedības likumiem.

IN nelineāras sistēmas attīstība notiek saskaņā ar nelineāriem likumiem, kas noved pie daudzfaktoru ceļu un alternatīvu izvēles, lai izkļūtu no nestabilitātes stāvokļa. IN nelineāras sistēmas procesi var nolietoties krasi sliekšņa raksturs kad, pakāpeniski mainoties ārējiem apstākļiem, tiek novērota pēkšņa pāreja uz citu kvalitāti. Tajā pašā laikā vecās konstrukcijas tiek iznīcinātas, pārejot uz kvalitatīvi jaunām struktūrām.

Ir vairāki termodinamikas otrā likuma formulējumi, no kuriem divi ir doti zemāk:

· siltums pats par sevi nevar pārvietoties no ķermeņa ar zemāku temperatūru uz ķermeni ar augstāku temperatūru(R.Klausiusa formulējums);

· nav iespējama otrā veida mūžīgā kustība, tas ir, tik periodisks process, kura vienīgais rezultāts būtu siltuma pārvēršana darbā, atdziestot vienam ķermenim (Tomsona formulējums).

Otrais termodinamikas likums norāda uz divu enerģijas pārneses formu - darba un siltuma - nevienlīdzību. Šis likums ņem vērā faktu, ka ķermeņa kā veseluma sakārtotas kustības enerģijas (mehāniskās enerģijas) pārejas process tā daļiņu nesakārtotas kustības enerģijā (siltuma enerģija) ir neatgriezenisks. Piemēram, mehāniskā enerģija berzes laikā bez jebkādiem papildu procesiem tiek pārvērsta siltumā. Nesakārtotas daļiņu kustības enerģijas (iekšējās enerģijas) pāreja darbā iespējama tikai tad, ja to pavada kāds papildus process. Tādējādi siltumdzinējs, kas darbojas tiešā ciklā, ražo darbu tikai no sildītāja piegādātā siltuma dēļ, bet tajā pašā laikā daļa no saņemtā siltuma tiek nodota ledusskapī.

Entropija.Papildus iekšējai enerģijai U, kas ir unikāla sistēmas stāvokļa parametru funkcija; citas stāvokļa funkcijas tiek plaši izmantotas termodinamikā ( brīvā enerģija, entalpija Un entropija).

Koncepcija entropija 1865. gadā ieviesa Rūdolfs Klausiuss. Šis vārds nāk no grieķu valodas. entropija un burtiski nozīmē pagrieziens, transformācija. termodinamikā šis termins tiek lietots, lai aprakstītu pārvērtības dažādi veidi enerģiju (mehānisko, elektrisko, gaismas, ķīmisko) pārvērš termiskā, tas ir, nejaušā, haotiskā molekulu kustībā. Šo enerģiju nav iespējams savākt un pārveidot atpakaļ sugā, no kuras tā iegūta.

Lai noteiktu neatgriezeniskas izkliedes pasākumi vai izkliedēšana enerģija, un šis jēdziens tika ieviests. Entropija S ir valsts funkcija. Tas izceļas starp citām termodinamiskajām funkcijām ar to, ka tam ir statistikas, tas ir, varbūtības raksturs.

Ja termodinamiskā sistēmā notiek process, kas saistīts ar siltuma saņemšanu vai izdalīšanos, tas noved pie sistēmas entropijas transformācijas, kas var vai nu palielināties, vai samazināties. Neatgriezeniska cikla laikā palielinās izolētas sistēmas entropija

dS> 0. (3.4)

Tas nozīmē, ka sistēmā notiek neatgriezeniska enerģijas izkliede.

Ja slēgtā sistēmā notiek atgriezenisks process, entropija paliek nemainīga

dS= 0. (3.5)

Izolētas sistēmas, kurai tiek nodots bezgalīgi mazs siltuma daudzums, entropijas izmaiņas nosaka attiecība:

. (3.6)

Šīs attiecības ir derīgas atgriezeniskam procesam. Neatgriezeniskam procesam, kas notiek slēgtā sistēmā, mums ir:

dS> .

Atvērtā sistēmā entropija vienmēr palielinās. Tiek izsaukta stāvokļa funkcija, kuras diferenciālis ir samazināts siltums.

Tādējādi visos procesos, kas notiek slēgtā sistēmā, entropija palielinās neatgriezenisku procesu laikā un paliek nemainīga atgriezenisko procesu laikā. Līdz ar to formulas (3.4) un (3.5) var apvienot un uzrādīt formā

dS ³ 0.

Šis statistikas termodinamikas otrā likuma formulējums.

Ja sistēma veic līdzsvara pāreju no stāvokļa 1 uz stāvokli 2, tad saskaņā ar vienādojumu (3.6) , entropijas izmaiņas

D S 1- 2 = S 2 – S 1 = .

Fiziska nozīme nav pašai entropijai, bet gan atšķirībai starp entropijām.

Atradīsim entropijas izmaiņas ideālās gāzes procesos. Tāpēc ka:

; ;

,

vai: . (3.7)

Tas parāda, ka ideālās gāzes entropijas izmaiņas pārejas laikā no stāvokļa 1 uz stāvokli 2 nav atkarīgas no pārejas procesa veida 1® 2.

No formulas (3.7) izriet, ka kad izotermisks process ( T 1 = T 2):

.

Plkst izohorisks procesā entropijas izmaiņas ir vienādas ar

.

Tā kā adiabātiskam apstrādātam J= 0, tad uD S= 0, tāpēc pie nemainīgas entropijas notiek atgriezenisks adiabātisks process. Tāpēc viņi viņu sauc izentropiskais process.

Sistēmas entropijai ir aditivitātes īpašība, kas nozīmē, ka sistēmas entropija ir vienāda ar visu ķermeņu entropiju summu, kas ir sistēmas daļa.

Entropijas nozīme kļūst skaidrāka, ja iesaistām statistisko fiziku. Tajā entropija ir saistīta ar sistēmas stāvokļa termodinamiskā varbūtība. Sistēmas stāvokļa termodinamiskā varbūtība W ir vienāda ar visu iespējamo daļiņu mikrosadalījumu skaitu pa koordinātām un ātrumiem, kas nosaka doto makrostāvokli: Walways³ 1, tas ir termodinamiskā varbūtība nav varbūtība matemātiskā nozīmē.

L. Bolcmans (1872) parādīja, ka sistēmas entropija ir vienāda ar Bolcmaņa konstantes reizinājumu k ar dotā stāvokļa termodinamiskās varbūtības W logaritmu

Līdz ar to entropijai var sniegt šādu statistisko interpretāciju: entropija ir sistēmas nekārtības mērs. No formulas (3.8) ir skaidrs: nekā lielāks skaits mikrostāvokļi, kas īsteno noteiktu makrostāvokli, jo lielāka ir entropija. Visticamākais sistēmas stāvoklis ir līdzsvara stāvoklis. Mikrostāvokļu skaits ir maksimālais, tāpēc entropija ir maksimāla.

Tā kā visi reālie procesi ir neatgriezeniski, var apgalvot, ka visi procesi slēgtā sistēmā noved pie entropijas pieauguma – entropijas palielināšanas principa.

Plkst statistiskā interpretācija entropija, tas nozīmē, ka procesi slēgtā sistēmā virzās virzienā no mazāk ticamiem stāvokļiem uz ticamākiem stāvokļiem, līdz stāvokļu iespējamība kļūst maksimāla.

Paskaidrosim ar piemēru. Iedomāsimies trauku, kas sadalīts ar nodalījumu divās vienādās daļās A Un B. Daļēji A ir gāze, un iekšā B- vakuums. Ja starpsienā izveidojat caurumu, gāze nekavējoties sāks izplesties “pati no sevis” un pēc kāda laika vienmērīgi sadalīsies visā trauka tilpumā, un tas visticamāk sistēmas stāvokli. Vismazāk iespējams būs valsts, kad Lielākā daļa gāzes molekulas pēkšņi spontāni piepilda vienu no trauka pusēm. Jūs varat gaidīt šo parādību tik ilgi, cik vēlaties, bet pati gāze nesadalīsies daļās. A. Lai to izdarītu, jums ir nedaudz jāstrādā pie gāzes: piemēram, pārvietojiet daļas labo sienu kā virzuli. B. Tādējādi jebkurai fiziskai sistēmai ir tendence pāriet no mazāk ticama stāvokļa uz daudz ticamāku stāvokli. Sistēmas līdzsvara stāvoklis ir ticamāks.

Izmantojot entropijas jēdzienu un R. Klausiusa nevienlīdzību, otrais termodinamikas likums var formulēt kā likumu par slēgtas sistēmas entropijas palielināšanos neatgriezenisku procesu laikā:

jebkurš neatgriezenisks process slēgtā sistēmā notiek tā, ka sistēma, visticamāk, nonāks stāvoklī ar lielāku entropiju, līdzsvara stāvoklī sasniedzot maksimumu. Vai arī:

procesos, kas notiek slēgtās sistēmās, entropija nesamazinās.

Jāpiebilst, ka mēs runājam par tikai par slēgtām sistēmām.

Tātad otrais termodinamikas likums ir statistikas likums. Tas izsaka nepieciešamos haotiskās kustības modeļus liels skaits daļiņas, kas ir daļa no izolētas sistēmas. Tomēr statistikas metodes ir piemērojamas tikai tad, ja sistēmā ir liels daļiņu skaits. Nelielam daļiņu skaitam (5–10) šī pieeja nav piemērojama. Šajā gadījumā varbūtība, ka visas daļiņas atrodas vienā tilpuma pusē, vairs nav nulle jeb, citiem vārdiem sakot, šāds notikums var notikt.

Visuma karstā nāve. R. Klausijs, uzskatot Visumu par slēgtu sistēmu, un piemērojot tam otro termodinamikas likumu, visu reducēja uz apgalvojumu, ka Visuma entropijai jāsasniedz maksimums. Tas nozīmē, ka visiem kustības veidiem ir jāpārvēršas termiskā kustībā, kā rezultātā visu ķermeņu temperatūra Visumā laika gaitā kļūs vienāda, iestāsies pilnīgs termiskais līdzsvars un visi procesi vienkārši apstāsies: ķermeņu termiskā nāve. Visums parādīsies.

Termodinamikas pamatvienādojums . Šis vienādojums apvieno termodinamikas pirmā un otrā likuma formulas:

d J = dU + p dV, (3.9)

Aizvietosim vienādojumu (3.9), kas izsaka otro termodinamikas likumu, vienādībā (3.10):

.

Tā tas ir termodinamikas pamatvienādojums.

Noslēgumā vēlreiz atzīmējam, ka, ja pirmais termodinamikas likums satur procesa enerģijas bilanci, tad otrais likums parāda tā iespējamo virzienu.

Trešais termodinamikas likums

Entropijas izmaiņu izpētes procesā tika noteikts vēl viens termodinamikas likums ķīmiskās reakcijas 1906. gadā V. Nernstoms. To sauc Nernsta teorēma jeb trešais termodinamikas likums un ir saistīta ar vielu siltumietilpības uzvedību absolūtās nulles temperatūrās.

Nernsta teorēma norāda, ka, tuvojoties absolūtajai nullei, arī sistēmas entropijai ir tendence uz nulli, neatkarīgi no tā, kādas vērtības ir visi pārējie sistēmas stāvokļa parametri:

.

Kopš entropijas , un temperatūru T tiecas uz nulli, arī vielas siltumietilpībai jātiecas uz nulli, un ātrāk par T. tas nozīmē absolūtās nulles temperatūras nesasniedzamība ar ierobežotu termodinamisko procesu secību, tas ir, ierobežotu skaitu operāciju - saldēšanas iekārtas darbības ciklu (trešā termodinamikas likuma otrais formulējums).

Īstas gāzes

Van der Vālsa vienādojums

Izmaiņas retu gāzu stāvoklī pie pietiekami augstas temperatūras Un zems spiediens apraksta ideālās gāzes likumi. Tomēr, palielinoties spiedienam un pazeminoties reālās gāzes temperatūrai, tiek novērotas ievērojamas novirzes no šiem likumiem, jo ​​pastāv būtiskas atšķirības starp reālo gāzu uzvedību un uzvedību, kas tiek attiecināta uz ideālās gāzes daļiņām.

Reālo gāzu stāvokļa vienādojumā jāņem vērā:

· pašu molekulu tilpuma galīgā vērtība;

· savstarpēja pievilcība molekulas viena otrai.

Šim nolūkam Dž. van der Vāls ierosināja stāvokļa vienādojumā iekļaut nevis kuģa tilpumu, kā tas ir Klapeirona-Mendeļejeva vienādojumā ( pV = RT) un gāzes mola tilpumu, ko neaizņem molekulas, tas ir, vērtība ( V m - b), Kur V m – molārais tilpums. Lai ņemtu vērā pievilkšanās spēkus starp molekulām, J. van der Vāls ieviesa stāvokļa vienādojumā iekļautā spiediena korekciju.

Ieviešot Klapeirona-Mendeļejeva vienādojumā korekcijas, kas saistītas ar molekulu iekšējā tilpuma (atgrūšanas spēku) un pievilcības spēku ņemšanu vērā, mēs iegūstam reālās gāzes mola stāvokļa vienādojums kā:

.

Šis van der Vālsa vienādojums, kurā konstantes A Un b ir atšķirīga nozīme dažādām gāzēm.

Laboratorijas darbi

§6 Entropija

Parasti jebkurš process, kurā sistēma pāriet no viena stāvokļa citā, notiek tā, ka nav iespējams šo procesu veikt pretējā virzienā, lai sistēma izietu cauri tiem pašiem starpstāvokļiem, nenotiekot nekādas izmaiņas apkārtējos ķermeņos. . Tas ir saistīts ar faktu, ka procesā daļa enerģijas tiek izkliedēta, piemēram, berzes, starojuma uc rezultātā. Gandrīz visi procesi dabā ir neatgriezeniski. Jebkurā procesā daļa enerģijas tiek zaudēta. Lai raksturotu enerģijas izkliedi, tiek ieviests entropijas jēdziens. ( Entropijas vērtība raksturo sistēmas termisko stāvokli un nosaka dotā ķermeņa stāvokļa realizācijas varbūtību. Jo lielāka ir dotā stāvokļa iespējamība, jo lielāka ir entropija.) Viss dabas procesiem ko pavada entropijas pieaugums. Entropija paliek nemainīga tikai idealizēta atgriezeniska procesa gadījumā, kas notiek slēgtā sistēmā, tas ir, sistēmā, kurā nenotiek enerģijas apmaiņa ar ķermeņiem ārpus šīs sistēmas.

Entropija un tās termodinamiskā nozīme:

Entropija- tā ir sistēmas stāvokļa funkcija, kuras bezgalīgi mazās izmaiņas atgriezeniskā procesā ir vienādas ar šajā procesā ievadītā bezgalīgi mazā siltuma daudzuma attiecību pret temperatūru, kurā tas tika ievadīts.

Pēdējā atgriezeniskā procesā entropijas izmaiņas var aprēķināt, izmantojot formulu:

kur integrālis tiek ņemts no sistēmas sākuma stāvokļa 1 uz gala stāvokli 2.

Tā kā entropija ir stāvokļa funkcija, tad integrāļa īpašībair tā neatkarība no kontūras (ceļa), pa kuru tas tiek aprēķināts, formas, tāpēc integrāli nosaka tikai sistēmas sākuma un beigu stāvokļi.

• Jebkurā atgriezeniskā procesā entropijas izmaiņas ir 0

(1)

• Termodinamikā tas ir pierādītsSsistēma, kurā notiek neatgriezenisks cikls, palielinās

Δ S> 0 (2)

Izteiksmes (1) un (2) attiecas tikai uz slēgtām sistēmām, bet, ja sistēma apmainās ar siltumu ar ārējā vide, tad viņaSvar uzvesties visādi.

Attiecības (1) un (2) var attēlot kā Clausius nevienlīdzību

ΔS ≥ 0

tie. slēgtas sistēmas entropija var vai nu palielināties (neatgriezenisku procesu gadījumā), vai palikt nemainīga (atgriezenisku procesu gadījumā).

Ja sistēma veic līdzsvara pāreju no stāvokļa 1 uz stāvokli 2, tad entropija mainās

Kur dU Un δAir rakstīts konkrētam procesam. Saskaņā ar šo formulu ΔSnosaka līdz piedevas konstantei. Fiziska nozīme nav pašai entropijai, bet gan entropiju atšķirībai. Atradīsim entropijas izmaiņas ideālās gāzes procesos.

tie. entropijas izmaiņasS Δ S 1→2 ideālas gāzes vērtība tās pārejas laikā no stāvokļa 1 uz stāvokli 2 nav atkarīga no procesa veida.

Jo adiabātiskajam procesam δJ = 0, tad Δ S= 0 => S= konst , tas ir, adiabātisks atgriezenisks process notiek pie nemainīgas entropijas. Tāpēc to sauc par izentropu.

Izotermiskā procesā (T= const; T 1 = T 2 : )

Izohoriskā procesā (V= const; V 1 = V 2 ; )

Entropijai piemīt aditivitātes īpašība: sistēmas entropija ir vienāda ar sistēmā iekļauto ķermeņu entropiju summu.S = S 1 + S 2 + S 3 + ... Kvalitatīva atšķirība starp molekulu termisko kustību un citiem kustības veidiem ir tās nejaušība un nekārtība. Tāpēc, lai raksturotu termisko kustību, ir jāievieš kvantitatīvs molekulāro traucējumu pakāpes mērījums. Ja mēs ņemam vērā jebkuru ķermeņa makroskopisko stāvokli ar noteiktām vidējām parametru vērtībām, tad tas ir kaut kas cits, nevis nepārtraukta tuvu mikrostāvokļu maiņa, kas atšķiras viens no otra ar molekulu sadalījumu. dažādas daļas tilpums un enerģija, kas sadalīta starp molekulām. Šo nepārtraukti mainīgo mikrostāvokļu skaits raksturo visas sistēmas makroskopiskā stāvokļa traucējumu pakāpi,wsauc par dotā mikrostāvokļa termodinamisko varbūtību. Termodinamiskā varbūtībawSistēmas stāvoklis ir veidu skaits, kādos var tikt realizēts noteikts makroskopiskās sistēmas stāvoklis, vai mikrostāvokļu skaits, kas realizē doto mikrostāvokli (w≥ 1 un matemātiskā varbūtība ≤ 1 ).

Kā notikuma pārsteiguma mēru tika nolemts ņemt tā varbūtības logaritmu, kas ņemts ar mīnusa zīmi: stāvokļa pārsteigums ir vienāds ar =-

Pēc Bolcmana domām, entropijaSsistēmas un termodinamiskā varbūtība ir savstarpēji saistītas šādi:

Kur - Bolcmana konstante (). Tādējādi entropiju nosaka to stāvokļu skaita logaritms, ar kuru palīdzību var realizēt doto mikrostāvokli. Entropiju var uzskatīt par t/d sistēmas stāvokļa varbūtības mēru. Bolcmaņa formula ļauj sniegt entropijai šādu statistisko interpretāciju. Entropija ir sistēmas nekārtības mērs. Faktiski, jo lielāks ir mikrostāvokļu skaits, kas realizē doto mikrostāvokli, jo lielāka ir entropija. Sistēmas līdzsvara stāvoklī - visticamākajā sistēmas stāvoklī - mikrostāvokļu skaits ir maksimāls, un arī entropija ir maksimāla.

Jo reālie procesi ir neatgriezeniski, tad var apgalvot, ka visi procesi slēgtā sistēmā noved pie tās entropijas pieauguma – entropijas palielināšanas principa. Entropijas statistiskajā interpretācijā tas nozīmē, ka procesi slēgtā sistēmā notiek mikrostāvokļu skaita palielināšanas virzienā, citiem vārdiem sakot, no mazāk ticamiem stāvokļiem uz ticamākiem, līdz stāvokļa iespējamība kļūst maksimāla.

§7 Otrais termodinamikas likums

Pirmais termodinamikas likums, kas izsaka enerģijas nezūdamības un enerģijas transformācijas likumu, neļauj noteikt t/d procesu plūsmas virzienu. Turklāt var iedomāties daudzus procesus, kas nav pretrunāeslīdz sākumam t/d, kurā tiek saglabāta enerģija, bet dabā tie netiek realizēti. Iespējamie otrā sākuma t/d formulējumi:

1) likums par slēgtas sistēmas entropijas palielināšanos neatgriezenisku procesu laikā: jebkurš neatgriezenisks process slēgtā sistēmā notiek tā, ka sistēmas entropija palielinās ΔS≥ 0 (neatgriezenisks process) 2) ΔS≥ 0 (S= 0 atgriezeniskajam un ΔS≥ 0 neatgriezeniskam procesam)

Procesos, kas notiek slēgtā sistēmā, entropija nesamazinās.

2) No Bolcmaņa formulas S = , tāpēc entropijas pieaugums nozīmē sistēmas pāreju no mazāk ticama stāvokļa uz daudz ticamāku.

3) Pēc Kelvina: nav iespējams apļveida process, kura vienīgais rezultāts ir no sildītāja saņemtā siltuma pārvēršana tam līdzvērtīgā darbā.

4) Saskaņā ar Klaususu: nav iespējams apļveida process, kura vienīgais rezultāts ir siltuma pārnešana no mazāk uzkarsēta ķermeņa uz vairāk sakarsētu.

Lai aprakstītu t/d sistēmas pie 0 K, tiek izmantota Nernsta-Planka teorēma (t/d trešais likums): visu ķermeņu entropijai līdzsvara stāvoklī ir tendence uz nulli, temperatūrai tuvojoties 0 K.

No teorēmas Nernst-Planck no tā izrietC p = C v = 0 pie 0 UZ

§8 Siltuma un saldēšanas iekārtas.

Carnot cikls un tā efektivitāte

No otrā t/d likuma formulējuma saskaņā ar Kelvinu izriet, ka otrā veida mūžīgā kustība nav iespējama. (Perpetual motion machine ir periodiski strādājošs dzinējs, kas veic darbu, atdzesējot vienu siltuma avotu.)

Termostats ir t/d sistēma, kas spēj apmainīties ar siltumu ar ķermeņiem, nemainot temperatūru.

Siltumdzinēja darbības princips: no termostata ar temperatūru T 1 - sildītājs, siltuma daudzums tiek noņemts vienā ciklāJ 1 , un termostats ar temperatūru T 2 (T 2 < T 1) - uz ledusskapi, siltuma daudzums tiek nodots ciklāJ 2 , kamēr darbs ir paveikts A = J 1 - J 2

Apļveida process vai cikls ir process, kurā sistēma, izgājusi virkni stāvokļu, atgriežas sākotnējā stāvoklī. Stāvokļa diagrammā cikls ir attēlots kā slēgta līkne. Cikls veikts ideāla gāze, var iedalīt izplešanās procesos (1-2) un saspiešanas procesos (2-1), izplešanās darbs ir pozitīvs A 1-2 > 0, joV 2 > V 1 , saspiešanas darbs ir negatīvs A 1-2 < 0, т.к. V 2 < V 1 . Līdz ar to gāzes veikto darbu ciklā nosaka laukums, ko sedz slēgtā līkne 1-2-1. Ja cikla laikā tiek veikts pozitīvs darbs (cikls pulksteņrādītāja virzienā), tad ciklu sauc uz priekšu, ja tas ir apgrieztais cikls (cikls notiek pretēji pulksteņrādītāja virzienam).

Tiešais cikls izmanto siltumdzinējos - periodiski strādājoši dzinēji, kas veic darbu, izmantojot siltumu, kas saņemts no ārpuses. Reverso ciklu izmanto saldēšanas iekārtās - periodiski darbojošās iekārtās, kurās ārējo spēku darba rezultātā siltums tiek nodots ķermenim ar augstāku temperatūru.

Apļveida procesa rezultātā sistēma atgriežas sākotnējā stāvoklī un līdz ar to kopējās iekšējās enerģijas izmaiņas ir nulle. TadІ sākt t/d apļveida procesam

J= Δ U+ A= A,

Tas ir, vienā ciklā paveiktais darbs ir vienāds ar siltuma daudzumu, kas saņemts no ārpuses, bet

J= J 1 - J 2

J 1 - daudzums siltums, ko saņem sistēma,

J 2 - daudzums sistēmas izdalītais siltums.

Termiskā efektivitāte apļveida procesam ir vienāds ar sistēmas veiktā darba attiecību pret sistēmai piegādāto siltuma daudzumu:

Ja η = 1, nosacījums ir jāizpildaJ 2 = 0, t.i. siltuma dzinējam jābūt vienam siltuma avotamJ 1 , bet tas ir pretrunā ar otro t/d likumu.

Reversais process, kas notiek siltumdzinējā, tiek izmantots saldēšanas mašīnā.

No termostata ar temperatūru T 2 siltuma daudzums tiek atņemtsJ 2 un tiek pārsūtīts uz termostatu ar temperatūruT 1 , siltuma daudzumsJ 1 .

J= J 2 - J 1 < 0, следовательно A< 0.

Neveicot darbu, nav iespējams paņemt siltumu no mazāk sakarsēta ķermeņa un nodot to vairāk sakarsušam.

Pamatojoties uz otro t/d likumu, Kārno atvasināja teorēmu.

Kārno teorēma: no visiem periodiski strādājošiem siltumdzinējiem ar vienādu sildītāja temperatūru ( T 1) un ledusskapji ( T 2), augstākā efektivitāte. ir reversīvas mašīnas. Efektivitāte reversīvās mašīnas ar vienādām T 1 un T 2 ir vienādi un nav atkarīgi no darba šķidruma veida.

Darba ķermenis ir ķermenis, kas veic apļveida procesu un apmainās ar enerģiju ar citiem ķermeņiem.

Carnot cikls ir atgriezenisks, visekonomiskākais cikls, kas sastāv no 2 izotermām un 2 adiabātiem.

1-2 izotermiskā izplešanās plkst T 1 sildītājs; siltums tiek piegādāts gāzeiJ 1 un darbs ir padarīts

2-3 - adiabāts. paplašināšana, gāze darbojasA 2-3 >0 virs ārējiem ķermeņiem.

3-4 izotermiska kompresija plkst T 2 ledusskapji; siltums tiek noņemtsJ 2 un darbs ir padarīts;

4-1-adiabātiskā kompresija, darbs tiek veikts pie gāzes A 4-1 <0 внешними телами.

Izotermiskā procesāU= const, tātad J 1 = A 12

1

Adiabātiskās izplešanās laikāJ 2-3 = 0, un gāzes darbs A 23 ko veic iekšējā enerģija A 23 = - U

Siltuma daudzumsJ 2 , ko gāze dod ledusskapim izotermiskās saspiešanas laikā, ir vienāds ar saspiešanas darbu A 3-4

2

Adiabātiskais kompresijas darbs

Darbs, kas veikts apļveida procesa rezultātā

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

un ir vienāds ar līknes laukumu 1-2-3-4-1.

Termiskā efektivitāte Carnot cikls

No adiabātiskā vienādojuma procesiem 2-3 un 3-4 iegūstam

Tad

tie. efektivitāti Karno ciklu nosaka tikai sildītāja un ledusskapja temperatūra. Lai palielinātu efektivitāti nepieciešams palielināt starpību T 1 - T 2 .

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

Ilustrācijā pa kreisi: kristiešu konservatīvo protests pret otro termodinamikas likumu. Uzraksti uz plakātiem: izsvītrots vārds “entropija”; "Es nepieņemu zinātnes un balsošanas pamatprincipus."

OTRAIS TERMODINAMIKAS LIKUMS UN RADĪŠANAS JAUTĀJUMI

2000. gadu sākumā kristiešu konservatīvo grupa pulcējās uz Kapitolija kāpnēm (Kanzasa, ASV), lai pieprasītu fundamentālā zinātniskā principa – otrā termodinamikas likuma – atcelšanu (skat. fotoattēlu pa kreisi). Iemesls tam bija viņu pārliecība, ka šis fiziskais likums ir pretrunā viņu ticībai Radītājam, jo ​​tas paredz Visuma termisko nāvi. Piketētāji sacīja, ka nevēlas dzīvot pasaulē, kas virzās uz šādu nākotni, un mācīt to saviem bērniem. Kampaņu pret otro termodinamikas likumu vada neviens cits kā Kanzasas štata senators, kurš uzskata, ka likums "apdraud mūsu bērnu izpratni par Visumu kā pasauli, ko radījis labestīgs un mīlošs Dievs".

Paradoksāli, taču tajā pašā ASV cita kristiešu kustība – kreacionisti, kuru vadīja Radīšanas pētniecības institūta prezidents Duans Gišs – gluži otrādi, ne tikai uzskata otro termodinamikas likumu zinātnisku, bet arī dedzīgi apelē pie tā. pierādīt, ka pasauli ir radījis Dievs. Viens no viņu galvenajiem argumentiem ir tas, ka dzīvība nevar rasties spontāni, jo viss apkārt ir pakļauts spontānai iznīcināšanai, nevis radīšanai.

Ņemot vērā tik pārsteidzošo pretrunu starp šīm divām kristīgajām kustībām, rodas loģisks jautājums – kurai no tām ir taisnība? Un vai kādam vispār ir taisnība?

Šajā rakstā apskatīsim, kur iespējams un kur nav iespējams piemērot otro termodinamikas likumu un kā tas ir saistīts ar ticības jautājumiem Radītājam.

KAS IR OTRAIS TERMODINAMIKAS LIKUMS

Termodinamika ir fizikas nozare, kas pēta siltuma un citu enerģijas veidu attiecības un transformācijas. Tas ir balstīts uz vairākiem pamatprincipiem, ko sauc par termodinamikas principiem (dažreiz likumiem). Starp tiem visslavenākais, iespējams, ir otrais princips.

Ja mēs sniedzam īsu pārskatu par visiem termodinamikas principiem, tad īsumā tie ir šādi: Pirmais starts atspoguļo enerģijas nezūdamības likumu, ko piemēro termodinamiskajām sistēmām. Tās būtība ir tāda, ka siltums ir īpašs enerģijas veids, un tas ir jāņem vērā enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likumā. Otrais sākums uzliek ierobežojumus termodinamisko procesu virzienam, aizliedzot spontānu siltuma pārnesi no mazāk uzkarsušiem ķermeņiem uz vairāk sakarsušiem. No tā arī izriet, ka siltumu nav iespējams pārvērst darbā ar simtprocentīgu efektivitāti (zaudējumi videi ir neizbēgami). Tas padara neiespējamu mūžīgās kustības mašīnas izveidi, pamatojoties uz to. Trešais sākums apgalvo, ka nav iespējams novest jebkura fiziska ķermeņa temperatūru līdz absolūtai nullei ierobežotā laikā, tas ir, absolūtā nulle nav sasniedzama. Nulles (vai kopīgs) sākums dažreiz to dēvē par principu, saskaņā ar kuru izolēta sistēma neatkarīgi no sākotnējā stāvokļa galu galā nonāk termodinamiskā līdzsvara stāvoklī un nevar to atstāt pati. Termodinamiskais līdzsvars ir stāvoklis, kurā siltums nenotiek no vienas sistēmas daļas uz otru. (Izolētas sistēmas definīcija ir dota zemāk.)

Otrajam termodinamikas likumam papildus iepriekš dotajam ir arī citi formulējumi. Visas mūsu pieminētās debates par radīšanu vēršas ap vienu no tām. Šis formulējums ir saistīts ar entropijas jēdzienu, kas mums būs jāiepazīst.

Entropija(saskaņā ar vienu definīciju) ir sistēmas nekārtības vai haosa rādītājs. Vienkāršiem vārdiem sakot, jo vairāk sistēmā valda haoss, jo augstāka ir tās entropija. Termodinamiskajām sistēmām, jo ​​augstāka ir entropija, jo haotiskāka ir sistēmu veidojošo materiāla daļiņu (piemēram, molekulu) kustība.

Laika gaitā zinātnieki saprata, ka entropija ir plašāks jēdziens un to var attiecināt ne tikai uz termodinamiskajām sistēmām. Kopumā jebkurā sistēmā ir zināms haosa daudzums, kas var mainīties – palielināties vai samazināties. Šajā gadījumā ir pareizi runāt par entropiju. Šeit ir daži piemēri:

· Glāzi ūdens. Ja ūdens sasalst un pārvēršas ledū, tad tā molekulas savienojas kristāla režģī. Tas atbilst lielākai kārtībai (mazāka entropija) nekā stāvoklis, kad ūdens ir izkusis un molekulas pārvietojas nejauši. Tomēr, izkusis, ūdens joprojām saglabā kādu formu - stiklu, kurā tas atrodas. Ja ūdens tiek iztvaicēts, molekulas pārvietojas vēl intensīvāk un aizņem visu tām paredzēto tilpumu, kustoties vēl haotiskāk. Tādējādi entropija palielinās vēl vairāk.

· Saules sistēma. Arī tajā var novērot gan kārtību, gan nekārtību. Planētas pārvietojas savās orbītās ar tādu precizitāti, ka astronomi var paredzēt to atrašanās vietu jebkurā laikā tūkstošiem gadu iepriekš. Taču Saules sistēmā ir vairākas asteroīdu jostas, kas pārvietojas haotiskāk – tās saduras, saplīst un reizēm nokrīt uz citām planētām. Pēc kosmologu domām, sākotnēji visa Saules sistēma (izņemot pašu Sauli) bija piepildīta ar šādiem asteroīdiem, no kuriem vēlāk veidojās cietas planētas, un šie asteroīdi pārvietojās vēl haotiskāk nekā tagad. Ja tā ir taisnība, tad Saules sistēmas entropija (izņemot pašu Sauli) sākotnēji bija augstāka.

· Galaktika. Galaktiku veido zvaigznes, kas pārvietojas ap tās centru. Bet arī šeit ir zināma nekārtība: zvaigznes reizēm saduras, maina kustības virzienu, un savstarpējas ietekmes dēļ to orbītas nav ideālas, mainās nedaudz haotiski. Tātad šajā sistēmā entropija nav nulle.

· Bērnu istaba. Tiem, kuriem ir mazi bērni, entropijas palielināšanās bieži vien ir jānovēro savām acīm. Pēc uzkopšanas dzīvoklis ir relatīvā kārtībā. Tomēr pietiek ar dažām stundām (un reizēm mazāk), kad viens vai divi bērni tur uzturas nomodā, lai šī dzīvokļa entropija ievērojami pieaugtu...

Ja pēdējais piemērs lika jums pasmaidīt, tad, visticamāk, jūs saprotat, kas ir entropija.

Atgriežoties pie otrā termodinamikas likuma, atcerēsimies, ka, kā jau teicām, tam ir cits formulējums, kas saistīts ar entropijas jēdzienu. Tas izklausās šādi: izolētā sistēmā entropija nevar samazināties. Citiem vārdiem sakot, jebkurā sistēmā, kas ir pilnībā atrauta no apkārtējās pasaules, traucējumi nevar spontāni samazināties: tie var tikai palielināties vai, ārkārtējos gadījumos, palikt tajā pašā līmenī.

Ja ledus kubiņu ievietosiet siltā, aizslēgtā telpā, tas pēc kāda laika izkusīs. Tomēr šajā telpā izveidotā ūdens peļķe nekad pati nesadalīsies ledus kubā. Atver tur smaržu pudeli, un smarža izplatīsies pa visu istabu. Bet nekas neliks tai atgriezties pudelē. Iededziet tur sveci, un tā degs, bet nekas neliks dūmiem pārvērsties par sveci. Visiem šiem procesiem ir raksturīga virzība un neatgriezeniskums. Iemesls šādai procesu neatgriezeniskumam, kas notiek ne tikai šajā telpā, bet visā Visumā, slēpjas tieši otrajā termodinamikas likumā.

UZ KO ATTIECAS OTRAIS TERMODINAMIKAS LIKUMS?

Tomēr šis likums, neskatoties uz visu savu šķietamo vienkāršību, ir viens no grūtākajiem un bieži vien pārprastākajiem klasiskās fizikas likumiem. Fakts ir tāds, ka tā formulējumā ir viens vārds, kam dažreiz tiek pievērsta nepietiekama uzmanība - tas ir vārds “izolēts”. Saskaņā ar otro termodinamikas likumu entropija (haoss) nevar samazināties tikai izolētās sistēmās. Tas ir likums. Tomēr citās sistēmās tas vairs nav likums, un entropija tajās var vai nu palielināties, vai samazināties.

Kas ir izolēta sistēma? Apskatīsim, kādi sistēmu veidi parasti pastāv no termodinamikas viedokļa:

· Atvērt. Tās ir sistēmas, kas apmainās ar vielu (un, iespējams, enerģiju) ar ārpasauli. Piemērs: automašīna (patērē benzīnu, gaisu, ražo siltumu).

· Slēgts. Tās ir sistēmas, kas neapmainās ar vielu ar ārpasauli, bet var ar to apmainīties ar enerģiju. Piemērs: kosmosa kuģis (slēgts, bet absorbē saules enerģiju, izmantojot saules paneļus).

· Izolēts (slēgts). Tās ir sistēmas, kas neapmainās ar ārpasauli ne matēriju, ne enerģiju. Piemērs: termoss (aizzīmogots un saglabā siltumu).

Kā mēs atzīmējām, otrais termodinamikas likums attiecas tikai uz trešo no uzskaitītajiem sistēmu veidiem.

Lai ilustrētu, atcerēsimies sistēmu, kas sastāv no aizslēgtas siltas telpas un ledus gabala, kas izkusa, atrodoties tajā. Ideālā gadījumā tas atbilda izolētai sistēmai, un tās entropija palielinājās. Tomēr tagad iedomāsimies, ka ārā ir pamatīgs sals, un mēs atvērām logu. Sistēma kļuva atvērta: telpā sāka ieplūst auksts gaiss, temperatūra telpā noslīdēja zem nulles, un mūsu ledus gabals, kas iepriekš bija pārvērties peļķē, atkal sasala.

Reālajā dzīvē aizslēgta telpa nav izolēta sistēma, jo patiesībā stikls un pat ķieģeļi ļauj iziet cauri siltumam. Un siltums, kā minēts iepriekš, arī ir enerģijas veids. Tāpēc slēgta telpa patiesībā nav izolēta telpa, bet gan slēgta sistēma. Pat ja mēs cieši aiztaisīsim visus logus un durvis, siltums tik un tā pamazām pametīs telpu, sasals un arī mūsu peļķe pārvērtīsies ledū.

Vēl viens līdzīgs piemērs ir telpa ar saldētavu. Kamēr saldētava ir izslēgta, tās temperatūra ir tāda pati kā istabas temperatūra. Bet, tiklīdz jūs to ieslēdzat, tas sāks atdzist, un sistēmas entropija sāks samazināties. Tas kļūst iespējams, jo šāda sistēma ir kļuvusi slēgta, tas ir, tā patērē enerģiju no vides (šajā gadījumā elektrisko).

Zīmīgi, ka pirmajā gadījumā (telpa ar ledus gabalu) sistēma izlaida enerģiju apkārtējai videi, bet otrajā (telpa ar saldētavu), gluži pretēji, to saņēma. Tomēr abu sistēmu entropija samazinājās. Tas nozīmē, ka, lai otrais termodinamikas likums pārstātu darboties kā nemainīgs likums, vispārīgā gadījumā svarīgs nav enerģijas pārneses virziens, bet gan pašas šādas pārneses fakta esamība starp sistēmu un ārpasauli.

ENTROPIJAS SAMAZINĀŠANĀS PIEMĒRI NEDZĪVĀ DABĀ. Iepriekš apspriestos sistēmu piemērus radīja cilvēks. Vai ir kādi piemēri, ka entropija samazinās nedzīvajā dabā bez prāta līdzdalības? Jā, cik vien vēlaties.

	Sniegpārslas. To veidošanās laikā haotiski kustīgās ūdens tvaiku molekulas apvienojas sakārtotā kristālā. Šajā gadījumā notiek atdzišana, tas ir, enerģija tiek izlaista vidē, un atomi ieņem tiem enerģētiski labvēlīgāku stāvokli. Sniegpārslas kristāliskais režģis atbilst lielākai kārtībai nekā haotiski kustīgās tvaika molekulas.
	Sāls kristāli. Līdzīgs process vērojams pieredzē, ko daudzi varētu atcerēties no saviem skolas gadiem. Glāzē ar koncentrētu sāls šķīdumu (piemēram, galda sāli vai vara sulfātu) nolaiž pavedienu, un drīz vien haotiski izšķīdušās sāls molekulas veido skaistas dīvainas formas figūras.
	Fulgurīti. Fulgurīts ir forma, kas veidojas no smiltīm, kad zibens iesper zemē. Šajā procesā tiek absorbēta enerģija (zibens elektriskā strāva), kas noved pie smilšu kušanas, kas pēc tam sacietē cietā formā, kas atbilst lielākai kārtībai nekā haotiski izkaisītas smiltis.
	Pīlītes uz dīķa. Parasti uz dīķa virsmas augošā pīle, ja to ir pietiekami, mēdz aizņemt visu dīķa platību. Mēģiniet ar rokām izspiest pīļu, un pēc minūtes tas atgriezīsies savā vietā. Taču, pūšot vējam (dažkārt tik tikko jūtams), pīle uzkrājas vienā dīķa daļā un tur atrodas “saspiestā” stāvoklī. Entropija samazinās vēja enerģijas absorbcijas dēļ.
	Slāpekļa savienojumu veidošanās. Katru gadu zemeslodes atmosfērā notiek aptuveni 16 miljoni pērkona negaisu, katrā no kuriem notiek desmitiem un simtiem zibens spērienu. Zibens uzliesmojuma laikā vienkāršas atmosfēras sastāvdaļas - slāpeklis, skābeklis un mitrums - veidojas sarežģītākos slāpekļa savienojumos, kas nepieciešami augu augšanai. Entropijas samazināšanās šajā gadījumā notiek elektrisko zibens izlādes enerģijas absorbcijas dēļ.
	Butlerova reakcija.Šo ķīmisko procesu sauc arī par autokatalītisko sintēzi. Tajā sarežģītas strukturētas cukura molekulas noteiktā vidē aug pašas, radot savu veidu ģeometriskā progresijā. Tas ir saistīts ar šādu molekulu ķīmiskajām īpašībām. Ķīmiskās struktūras sakārtošana un līdz ar to arī haosa samazināšanās Butlerova reakcijā notiek arī enerģijas apmaiņas ar vidi dēļ.
	Vulkāni. Haotiski kustīgās magmas molekulas, izlaužoties uz virsmu, sacietē kristāla režģī un veido vulkāniskus kalnus un sarežģītas formas klintis. Ja mēs uzskatām magmu par termodinamisku sistēmu, tās entropija samazinās siltumenerģijas izdalīšanās dēļ vidē.
	Ozona veidošanās. Skābekļa molekulām enerģētiski vislabvēlīgākais stāvoklis ir O 2 . Tomēr cietā kosmiskā starojuma ietekmē milzīgs skaits molekulu tiek pārvērstas ozonā (O 3) un var palikt tajā diezgan ilgu laiku. Šis process turpinās nepārtraukti, kamēr zemes atmosfērā ir brīvs skābeklis.
	Caurums smiltīs. Ikviens zina, cik netīrs ir ūdens mūsu upēs: tajā ir atkritumi, aļģes un kas cits, un tas viss ir sajaukts. Bet blakus krastam smiltīs ir neliela bedrīte, un ūdens tajās nevis ieplūst, bet sūcas cauri. Tajā pašā laikā tas tiek filtrēts: vienmērīgi piesārņotais ūdens tiek sadalīts tīrā un vēl netīrākā ūdenī. Entropija acīmredzami samazinās, un tas notiek gravitācijas spēka dēļ, kas līmeņu atšķirības dēļ liek ūdenim no upes sūkties bedrē.
	Peļķe. Jā, jā, vienkārša peļķe, kas palikusi pēc lietus, arī ilustrē, ka entropija var spontāni samazināties! Saskaņā ar otro termodinamikas likumu siltums nevar spontāni pāriet no mazāk apsildāmiem ķermeņiem uz vairāk apsildāmiem ķermeņiem. Tomēr ūdens temperatūra peļķē pastāvīgi tiek uzturēta par vairākiem grādiem zemāka par augsnes un apkārtējā gaisa temperatūru (to varat pārbaudīt mājās ar ūdens apakštasīti un termometru; higrometru, kas sastāv no sausā un mitrs termometrs, arī ir balstīts uz šo principu). Kāpēc? Jo peļķe iztvaiko, ātrākām molekulām atraujoties no tās virsmas un iztvaikojot, bet lēnākām paliekot. Tā kā temperatūra ir saistīta ar molekulu kustības ātrumu, izrādās, ka peļķe pastāvīgi pašatdziest attiecībā pret siltāko vidi. Līdz ar to peļķe ir atvērta sistēma, jo tā apmainās ar vidi ne tikai enerģiju, bet arī vielu, un tajā notiekošie procesi nepārprotami notiek pretējā virzienā, ko norāda termodinamikas otrais likums.

Ja esat gudrs un pavadāt nedaudz laika, varat atcerēties un pierakstīt tūkstošiem līdzīgu piemēru. Ir svarīgi atzīmēt, ka daudzos no uzskaitītajiem gadījumiem entropijas samazināšanās nav atsevišķs negadījums, bet gan modelis - tendence uz to ir raksturīga šādu sistēmu uzbūvei. Tāpēc tas notiek katru reizi, kad rodas piemēroti apstākļi, un var turpināties ļoti ilgu laiku – kamēr vien šie apstākļi pastāv. Visi šie piemēri neprasa ne sarežģītu mehānismu klātbūtni, kas samazina entropiju, ne prāta iejaukšanos.

Protams, ja sistēma nav izolēta, tad nemaz nav nepieciešams, lai entropija tajā samazinās. Drīzāk, gluži pretēji, tas ir entropijas pieaugums, tas ir, haosa pieaugums, kas notiek spontāni biežāk. Jebkurā gadījumā mēs esam pieraduši pie tā, ka jebkura lieta, kas atstāta bez uzraudzības vai aprūpes, parasti sabojājas un kļūst nelietojama, nevis uzlabota. Var pat teikt, ka tā ir zināma materiālās pasaules fundamentāla īpašība – tieksme pēc spontānas degradācijas, vispārēja tendence palielināties entropijai.

Tomēr šis apakšvirsraksts ir parādījis, ka šī vispārējā tendence ir likums tikai izolētās sistēmās. Citās sistēmās entropijas pieaugums nav likums – viss ir atkarīgs no konkrētas sistēmas īpašībām un apstākļiem, kādos tā atrodas. Otro termodinamikas likumu tiem nevar piemērot pēc definīcijas. Pat ja entropija palielinās kādā no atvērtajām vai slēgtajām sistēmām, tas nav otrā termodinamikas likuma piepildījums, bet tikai izpausme vispārējai tendencei palielināt entropiju, kas raksturīga materiālajai pasaulei kopumā, bet ir tālu no absolūta.

TERMODINAMIKAS UN MŪSU VISUMA OTRAIS LIKUMS

Kad entuziasma pilns vērotājs skatās uz zvaigžņotajām debesīm, kā arī kad pieredzējis astronoms skatās uz tām caur teleskopu, viņi abi var novērot ne tikai to skaistumu, bet arī apbrīnojamo kārtību, kas valda šajā makrokosmosā.

Tomēr vai šo rīkojumu var izmantot, lai pierādītu, ka Dievs radīja Visumu? Vai būtu pareizi izmantot šo argumentāciju: tā kā Visums nav iekritis haosā saskaņā ar otro termodinamikas likumu, vai tas pierāda, ka to kontrolē Dievs?

Varbūt jūs esat pieraduši domāt, ka jā. Bet patiesībā, pretēji plaši izplatītam uzskatam, nē. Precīzāk, šajā sakarā ir iespējams un nepieciešams izmantot nedaudz atšķirīgus pierādījumus, bet ne otro termodinamikas likumu.

Pirmkārt, vēl nav pierādīts, ka Visums ir izolēta sistēma. Lai gan, protams, nav pierādīts pretējais, tomēr vēl nav iespējams viennozīmīgi apgalvot, ka otrais termodinamikas likums ir attiecināms uz to kopumā.

Bet pieņemsim, ka Visuma kā sistēmas izolācija tiks pierādīta nākotnē (tas ir pilnīgi iespējams). Ko tad?

Otrkārt, otrais termodinamikas likums nepasaka, kas tieši valdīs konkrētajā sistēmā – kārtība vai haoss. Otrais likums saka, kurā virzienā šī kārtība vai nekārtība mainīsies – izolētā sistēmā pieaugs haoss. Un kādā virzienā mainās kārtība Visumā? Ja runājam par Visumu kopumā, tad tajā pieaug haoss (kā arī entropija). Šeit ir svarīgi nejaukt Visumu ar atsevišķām zvaigznēm, galaktikām vai to kopām. Atsevišķas galaktikas (piemēram, mūsu Piena Ceļš) var būt ļoti stabilas struktūras un šķiet, ka daudzu miljonu gadu laikā nemaz nenoārdās. Taču tās nav izolētas sistēmas: tās pastāvīgi izstaro enerģiju (piemēram, gaismu un siltumu) apkārtējā telpā. Zvaigznes izdeg un pastāvīgi izstaro vielu (“saules vēju”) starpzvaigžņu telpā. Pateicoties tam, Visumā notiek nepārtraukts zvaigžņu un galaktiku strukturētās vielas pārvēršanās process haotiski izkliedētā enerģijā un gāzē. Kas tas ir, ja ne entropijas pieaugums?

Šie degradācijas procesi, protams, notiek ļoti lēni, tāpēc šķiet, ka mēs tos nejūtam. Bet, ja mēs varētu tās novērot ļoti paātrinātā tempā – teiksim, triljonu reižu ātrāk, tad mūsu acu priekšā atklātos ļoti dramatiska zvaigžņu dzimšanas un nāves aina. Ir vērts atcerēties, ka pirmā zvaigžņu paaudze, kas pastāvēja kopš Visuma pirmsākumiem, jau ir mirusi. Pēc kosmologu domām, mūsu planēta sastāv no kādreiz izdegušas zvaigznes eksistences un eksplozijas paliekām; Šādu sprādzienu rezultātā veidojas visi smagie ķīmiskie elementi.

Tāpēc, ja mēs uzskatām Visumu par izolētu sistēmu, tad otrais termodinamikas likums tajā kopumā ir izpildīts gan pagātnē, gan mūsdienās. Šis ir viens no Dieva noteiktajiem likumiem, un tāpēc tas darbojas Visumā tāpat kā citi fiziskie likumi.

Neskatoties uz iepriekš teikto, Visumā ir daudzas pārsteidzošas lietas, kas saistītas ar tajā valdošo kārtību, taču tas nav saistīts ar otro termodinamikas likumu, bet gan ar citiem iemesliem.

Tādējādi žurnāls Newsweek (izdevums 1998. gada 9. novembrī) pārbaudīja, pie kādiem secinājumiem mūs vedina atklājumi par Visuma radīšanu. Tajā teikts, ka fakti "rāda enerģijas un kustības izcelsmi ex nihilo, tas ir, no nekā, ar kolosālu gaismas un enerģijas sprādzienu, kas drīzāk atbilst [Bībeles grāmatas] Genesis aprakstam". Ievērojiet, kā žurnāls Newsweek izskaidroja Visuma dzimšanas līdzību ar šī notikuma Bībeles aprakstu.

Šis žurnāls raksta: “Atbrīvotie spēki bija un paliek pārsteidzoši (brīnumainā kārtā?) līdzsvaroti: ja Lielais sprādziens būtu bijis nedaudz mazāk vardarbīgs, Visuma izplešanās būtu noritējusi lēnāk un drīz (dažu miljonu gadu laikā) vai pēc dažām minūtēm - jebkurā gadījumā drīz ) process apgrieztos un notiktu sabrukums. Ja sprādziens būtu bijis nedaudz spēcīgāks, Visums būtu varējis pārvērsties par pārāk retu “šķidro buljonu”, un zvaigžņu veidošanās nebūtu iespējama. Mūsu pastāvēšanas iespējas bija burtiski astronomiski mazas. Vielas un enerģijas attiecībai pret telpas tilpumu Lielā sprādziena laikā vajadzēja palikt kvadriljonajā daļā no viena procenta no ideālās attiecības.

Newsweek ierosināja, ka ir Kāds, kas kontrolē Visuma radīšanu, kurš zināja: "Atņemiet pat vienu grādu (kā minēts iepriekš, kļūdas robeža bija viena procenta kvadriljonā daļa), ... un rezultāts nebūtu tikai disharmonija. , bet mūžīga entropija un ledus."

Astrofiziķis Alans Laitmens atzina: "Tas, ka Visums tika radīts tik labi organizēts, [zinātniekiem] ir noslēpums." Viņš piebilda, ka "jebkurai kosmoloģiskajai teorijai, kas tiecas pēc panākumiem, galu galā būs jāizskaidro šis entropijas noslēpums": kāpēc Visums neiekrita haosā. Acīmredzot tik zema notikumu pareizas attīstības iespējamība nevarētu būt nejaušība. (Citēts Atmostieties!, 22.06.99., 7. lpp.)

TERMODINAMIKAS OTRAIS LIKUMS UN DZĪVES IZCELSME

Kā minēts iepriekš, kreacionistu vidū ir populāras teorijas, ka otrais termodinamikas likums pierāda dzīvības spontānas rašanās neiespējamību no nedzīvas matērijas. Vēl 70. gadu beigās - 80. gadu sākumā Jaunrades pētniecības institūts izdeva grāmatu par šo tēmu un pat mēģināja par šo jautājumu sarakstīties ar PSRS Zinātņu akadēmiju (sarakste bija neveiksmīga).

Tomēr, kā mēs redzējām iepriekš, otrais termodinamikas likums attiecas tikai uz izolētām sistēmām. Tomēr Zeme nav izolēta sistēma, jo tā pastāvīgi saņem enerģiju no Saules un, gluži pretēji, izlaiž to kosmosā. Un dzīvs organisms (pat, piemēram, dzīva šūna), turklāt apmainās ar vidi un vielu. Tāpēc otrais termodinamikas likums uz šo jautājumu pēc definīcijas neattiecas.

Iepriekš tika minēts arī tas, ka materiālo pasauli raksturo noteikta vispārēja tendence uz entropijas palielināšanos, kuras dēļ lietas biežāk tiek iznīcinātas un nonāktu haosā, nevis radītas. Tomēr, kā mēs atzīmējām, tas nav likums. Turklāt, ja mēs atdalīsimies no makropasaules, pie kuras esam pieraduši, un iegremdējamies mikropasaulē - atomu un molekulu pasaulē (un tieši no šejienes ir jāsākas dzīvei), tad mēs redzēsim, ka to ir daudz vieglāk mainīt. entropijas palielināšanās procesi tajā. Dažreiz pietiek ar vienu aklu, nekontrolētu ietekmi, lai sistēmas entropija sāktu samazināties. Mūsu planēta noteikti ir pilna ar šādas ietekmes piemēriem: saules starojums atmosfērā, vulkāniskais siltums okeāna dibenā, vējš uz zemes virsmas utt. Un rezultātā daudzi procesi plūst pretējā, tiem “nelabvēlīgā” virzienā, vai arī pretējais virziens kļūst tiem “izdevīgs” (piemērus skatīt iepriekš apakšsadaļā “Entropijas samazināšanās piemēri nedzīvā dabā”). Tāpēc pat mūsu vispārējo tendenci palielināt entropiju nevar attiecināt uz dzīvības rašanos kā uz kaut kādu absolūtu likumu: tai ir pārāk daudz izņēmumu.

Protams, tas nenozīmē, ka, tā kā otrais termodinamikas likums neaizliedz spontānu dzīvības rašanos, tad dzīvība varētu rasties pati no sevis. Ir daudzas citas lietas, kas šādu procesu padara neiespējamu vai ārkārtīgi maz ticamu, taču tās vairs nav saistītas ar termodinamiku un tās otro likumu.

Piemēram, zinātniekiem izdevās mākslīgos apstākļos iegūt vairāku veidu aminoskābes, imitējot iespējamos Zemes primārās atmosfēras apstākļus. Aminoskābes ir sava veida dzīvības celtniecības bloki: dzīvos organismos tās izmanto proteīnu (olbaltumvielu) veidošanai. Tomēr dzīvībai nepieciešamās olbaltumvielas sastāv no simtiem un dažreiz tūkstošiem aminoskābju, kas savienotas stingrā secībā un īpašā veidā sakārtotas īpašā formā (skat. attēlu pa labi). Ja aminoskābes apvienosiet nejaušā secībā, varbūtība izveidot tikai vienu salīdzinoši vienkāršu funkcionālu proteīnu būs niecīga – tik maza, ka šis notikums nekad nenotiks. Pieņemt to nejaušu rašanos ir aptuveni tas pats, kas atrast kalnos vairākus ķieģeļiem līdzīgus akmeņus un apgalvot, ka blakus stāvošā mūra māja no tiem pašiem akmeņiem veidojusies nejauši dabas procesu ietekmē.

No otras puses, dzīvības pastāvēšanai arī ar olbaltumvielām vien nepietiek: ir vajadzīgas ne mazāk sarežģītas DNS un RNS molekulas, kuru nejaušā rašanās arī ir neticama. DNS būtībā ir milzīga strukturētas informācijas krātuve, kas nepieciešama proteīnu ražošanai. To apkalpo vesels proteīnu un RNS komplekss, kas kopē un labo šo informāciju un izmanto to "ražošanas nolūkos". Tas viss ir vienota sistēma, kuras komponentiem atsevišķi nav nekādas jēgas un nevienu no tās nevar noņemt. Ir tikai jāsāk dziļāk iedziļināties šīs sistēmas struktūrā un tās darbības principos, lai saprastu, ka pie tās izveides strādāja izcils dizaineris.

OTRAIS TERMODINAMIKAS LIKUMS UN TICĪBA RADĪTĀJAM

Vai otrais termodinamikas likums ir savienojams ar ticību Radītājam kopumā? Ne tikai ar to, ka viņš eksistē, bet ar to, ka viņš radīja Visumu un dzīvību uz Zemes (1. Mozus 1:1–27; Atklāsmes 4:11); ka viņš apsolīja, ka Zeme pastāvēs mūžīgi (Psalms 103:5), kas nozīmē, ka gan Saule, gan Visums vienā vai otrā veidā būs mūžīgi; ka cilvēki dzīvos mūžīgi debesīs uz zemes un nekad nemirs (Psalms 36:29; Mateja 25:46; Atklāsmes 21:3, 4)?

Varam droši teikt, ka ticība otrajam termodinamikas likumam ir pilnībā savienojama ar ticību Radītājam un viņa solījumiem. Un iemesls tam ir pašā šī likuma formulējumā: "izolētā sistēmā entropija nevar samazināties." Jebkura izolēta sistēma paliek izolēta tikai tik ilgi, kamēr neviens neiejaucas tās darbā, arī Radītājs. Bet, tiklīdz viņš iejauksies un novirzīs uz to daļu sava neizsīkstošā spēka, sistēma pārstās būt izolēta un tajā pārstās darboties otrais termodinamikas likums. To pašu var teikt par vispārīgāku tendenci palielināt entropiju, par kuru mēs runājām iepriekš. Jā, ir acīmredzams, ka gandrīz visam, kas eksistē mums apkārt – no atomiem līdz Visumam – laika gaitā ir tendence uz iznīcināšanu un degradāciju. Taču Radītājam ir nepieciešamais spēks un gudrība, lai apturētu jebkādus degradācijas procesus un pat tos mainītu, kad viņš to uzskata par nepieciešamu.

Kādus procesus cilvēki parasti uzskata par tādiem, kas padara mūžīgo dzīvi neiespējamu?

· Pēc dažiem miljardiem gadu Saule nodzisīs. Tas būtu noticis, ja Radītājs nekad nebūtu iejaucies viņa darbā. Tomēr viņš ir Visuma Radītājs, un viņam ir milzīga enerģija, kas ir pietiekama, lai Saule degtu mūžīgi. Piemēram, tas, tērējot enerģiju, var mainīt Saulē notiekošās kodolreakcijas, it kā uzpildot to vēl vairākus miljardus gadu, kā arī papildināt vielas apjomu, ko Saule zaudē saules vēja veidā.

· Agrāk vai vēlāk Zeme sadursies ar asteroīdu vai melno caurumu. Lai cik maza būtu tā iespējamība, tā pastāv, kas nozīmē, ka mūžības gaitā tas noteikti kļūs par realitāti. Taču Dievs, izmantojot savu spēku, var jau iepriekš pasargāt Zemi no jebkāda kaitējuma, vienkārši neļaujot šādiem bīstamiem objektiem tuvoties mūsu planētai.

· Mēness aizlidos no Zemes, un zeme kļūs neapdzīvojama. Mēness stabilizē zemes ass slīpumu, pateicoties kam klimats uz tā tiek uzturēts vairāk vai mazāk nemainīgs. Mēness pamazām attālinās no Zemes, kā dēļ nākotnē tā ass slīpums varētu mainīties un klimats kļūt nepanesams. Bet Dievam, protams, ir nepieciešamais spēks, lai novērstu šādas postošas ​​izmaiņas un noturētu Mēnesi savā orbītā, kur Viņš uzskata par vajadzīgu.

Nav šaubu, ka materiālās pasaules lietām ir tendence novecot, degradēties un sabojāties. Bet mums jāatceras, ka Dievs pats pasauli radīja šādā veidā. Un tas nozīmē, ka tā bija daļa no viņa plāna. Pasaulei nebija paredzēts pastāvēt mūžīgi atsevišķi no Dieva. Gluži pretēji, tas tika radīts, lai pastāvētu mūžīgi Dieva kontrolē. Un tā kā Dievam bija gan gudrība, gan spēks radīt pasauli, mums nav iemesla šaubīties, ka viņam ir tāds pats spēks un gudrība mūžīgi rūpēties par savu radību, paturot visu, kas tajā atrodas savā kontrolē.

Šie Bībeles panti mums apliecina, ka Saule, Mēness, Zeme un cilvēki pastāvēs mūžīgi:
· « Viņi baidīsies no jums tik ilgi, kamēr pastāvēs saule un mēness – no paaudzes paaudzē» (Psalms 72:5)
· « [Zeme] nedrebēs mūžīgi, mūžīgi» (Psalms 103:5)
· « Taisnīgie iemantos zemi un dzīvos uz tās mūžīgi» (Psalms 36:29)

Tāpēc nekas neliedz mums vienlaikus ticēt otrajam termodinamikas likumam un uzskatīt to par pareizu zinātnisku principu, un tajā pašā laikā būt dziļi reliģioziem cilvēkiem un gaidīt visu Bībelē ierakstīto Dieva solījumu piepildījumu.

IZMANTO GODĪGUS ARGUMENTUS

Tātad, ja esat ticīgs, kurai no raksta sākumā minētajām reliģiskajām grupām jūs pievienotu savu balsi? Iepriekš aprakstītās kristiešu konservatīvo demonstrācijas dalībniekiem, kas pieprasa atcelt termodinamikas otro likumu? Vai arī kreacionistiem, kuri izmanto šo likumu kā pierādījumu tam, ka Dievs ir radījis dzīvību? Es neesmu nevienam.

Lielākā daļa ticīgo mēdz vienā vai otrā veidā aizstāvēt savu ticību, un daži šim nolūkam izmanto zinātnes datus, kas lielā mērā apstiprina Radītāja esamību. Tomēr mums ir svarīgi atcerēties vienu nopietnu Bībeles principu: “mēs... gribam izturēties godīgi it visā” (Ebrejiem 13:18). Tāpēc, protams, būtu nepareizi izmantot jebkādus nepareizus argumentus, lai pierādītu Dieva esamību.

Kā mēs redzējām no šī raksta, otro termodinamikas likumu nevar izmantot kā pierādījumu Dieva esamībai, tāpat kā Dieva esamība vai neesamība nepierāda vai neatspēko otro termodinamikas likumu. Otrais princips vienkārši nav tieši saistīts ar jautājumu par Radītāja esamību, tāpat kā lielākā daļa citu fizisko likumu (piemēram, universālās gravitācijas likums, impulsa saglabāšanas likums, Arhimēda likums vai visi citi termodinamikas principi).

Dieva radījumi sniedz mums lielu skaitu pārliecinošu pierādījumu, kā arī netiešus pierādījumus par Radītāja esamību. Tāpēc, ja kāds no apgalvojumiem, ko mēs iepriekš izmantojām kā pierādījumu, izrādījās nepareizs, jums nevajadzētu baidīties no tā atteikties, lai savas ticības aizstāvēšanai izmantotu tikai godīgus argumentus.

Izsakot enerģijas nezūdamības un transformācijas likumu, tas neļauj noteikt termodinamisko procesu virzienu. Turklāt ir iespējams iedomāties daudzus procesus, kas nav pretrunā ar pirmo principu, kuros enerģija tiek saglabāta, bet dabā tie nenotiek. Otrā termodinamikas likuma parādīšanās — nepieciešamība atbildēt uz jautājumu, kuri procesi dabā ir iespējami un kuri nav — nosaka procesu attīstības virzienu.

Izmantojot entropijas jēdzienu un Clausius nevienlīdzību, otrais termodinamikas likums var formulēt kā slēgtas sistēmas entropijas pieauguma likumu neatgriezenisku procesu laikā: jebkurš neatgriezenisks process slēgtā sistēmā notiek tā, ka sistēmas entropija palielinās.

Mēs varam sniegt kodolīgāku termodinamikas otrā likuma formulējumu:

Procesos, kas notiek slēgtā sistēmā, entropija nesamazinās.Šeit ir svarīgi, ka mēs runājam par slēgtām sistēmām, jo ​​atvērtās sistēmās entropija var uzvesties jebkādā veidā (samazināties, palielināties, palikt nemainīga). Turklāt mēs vēlreiz atzīmējam, ka slēgtā sistēmā entropija paliek nemainīga tikai atgriezenisku procesu laikā. Neatgriezenisku procesu laikā slēgtā sistēmā entropija vienmēr palielinās.

Bolcmaņa formula ļauj izskaidrot entropijas pieaugumu, ko postulējis otrais termodinamikas likums slēgtā sistēmā neatgriezenisku procesu laikā: entropijas pieaugums nozīmē sistēmas pāreju no mazāk ticamas uz lielāku varbūtību stāvokli. Tādējādi Bolcmaņa formula ļauj sniegt statistisku termodinamikas likuma interpretāciju. Tas, būdams statistikas likums, apraksta liela skaita daļiņu, kas veido slēgtu sistēmu, haotiskas kustības modeļus.

Norādīsim vēl divus termodinamikas otrā likuma formulējumus:

1) pēc Kelvina: nav iespējams apļveida process, kura vienīgais rezultāts ir no sildītāja saņemtā siltuma pārvēršana tam līdzvērtīgā darbā;

2) saskaņā ar Clausius : Nav iespējams apļveida process, kura vienīgais rezultāts ir siltuma pārnešana no mazāk uzkarsēta ķermeņa uz vairāk sakarsētu.

Ir iespējams pavisam vienkārši (to atstājam lasītāja ziņā) pierādīt Kelvina un Klausiusa formulējumu līdzvērtību. Turklāt tiek parādīts, ka, ja slēgtā sistēmā tiek veikts iedomāts process, kas ir pretrunā ar otro termodinamikas likumu Klausiusa formulējumā, tad to pavada entropijas samazināšanās. Tas arī pierāda Clausius formulējuma (tātad arī Kelvina) un statistiskā formulējuma līdzvērtību, saskaņā ar kuru slēgtas sistēmas entropija nevar samazināties.

19. gadsimta vidū. radās tā saucamās Visuma termiskās nāves problēma . Uzskatot Visumu par slēgtu sistēmu un piemērojot tam otro termodinamikas likumu, Klausijs samazināja tā saturu līdz apgalvojumam, ka Visuma entropijai jāsasniedz maksimums. Tas nozīmē, ka laika gaitā visiem kustības veidiem ir jāpārvēršas siltuma kustībā.

Siltuma pāreja no karstiem ķermeņiem uz aukstiem novedīs pie tā, ka visu ķermeņu temperatūra Visumā būs vienāda, t.i. iestāsies pilnīgs termiskais līdzsvars un visi procesi Visumā apstāsies – iestāsies Visuma termiskā nāve. Secinājuma par karstuma nāvi maldīgums slēpjas faktā, ka nav jēgas piemērot otro termodinamikas likumu atvērtām sistēmām, piemēram, tādai neierobežotai un bezgalīgi attīstošai sistēmai kā Visums. Uz secinājuma par karstuma nāvi nekonsekvenci norādīja arī F. Engels savā darbā “Dabas dialektika”.

Pirmie divi termodinamikas likumi sniedz nepietiekamu informāciju par termodinamisko sistēmu uzvedību pie nulles Kelvina. Tie ir papildināti Trešais termodinamikas likums, vai Nernsta teorēma(W. F. G. Nernst (1864-1941) — vācu fiziķis un fizikālis ķīmiķis) — dēlis: visu ķermeņu entropijai līdzsvara stāvoklī ir tendence uz nulli, temperatūrai tuvojoties Kelvina nullei:

Tā kā entropija tiek noteikta līdz aditīvai konstantei, ir ērti pieņemt šo konstanti vienādu ar nulli (tomēr ņemiet vērā, ka tas ir patvaļīgs pieņēmums, jo entropija pēc savas būtības būtība vienmēr noteikta līdz piedevas konstantei). No Nernsta-Planka teorēmas izriet, ka siltuma jaudas S p Un C V pie 0K tie ir vienādi ar nulli.