กฎการอนุรักษ์พลังงานระบุว่าปริมาณพลังงานในกระบวนการใดๆ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แต่เขาไม่ได้พูดอะไรเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เป็นไปได้

การอนุรักษ์พลังงาน Z ไม่ได้ห้าม, กระบวนการที่มีประสบการณ์ ไม่เกิดขึ้น:

การทำความร้อนร่างกายที่ร้อนขึ้นด้วยร่างกายที่เย็นกว่า

การแกว่งลูกตุ้มโดยธรรมชาติจากสภาวะที่เหลือ

รวบรวมทรายเป็นหิน ฯลฯ

กระบวนการในธรรมชาติมีทิศทางที่แน่นอน พวกมันไม่สามารถไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามได้เอง กระบวนการทั้งหมดในธรรมชาติไม่สามารถย้อนกลับได้(ความแก่และความตายของสิ่งมีชีวิต)

กลับไม่ได้กระบวนการสามารถเรียกได้ว่าเป็นกระบวนการดังกล่าว ซึ่งสิ่งที่ตรงกันข้ามสามารถเกิดขึ้นได้เพียงหนึ่งในการเชื่อมโยงของกระบวนการที่ซับซ้อนมากขึ้นเท่านั้น โดยธรรมชาติสิ่งเหล่านี้เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นโดยปราศจากอิทธิพลของวัตถุภายนอก ดังนั้นจึงไม่มีการเปลี่ยนแปลงในร่างกายเหล่านี้)

กระบวนการเปลี่ยนผ่านของระบบจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งซึ่งสามารถดำเนินการในทิศทางตรงกันข้ามผ่านลำดับเดียวกันของสถานะสมดุลระดับกลางเรียกว่า ย้อนกลับได้- ในกรณีนี้ ตัวระบบและวัตถุโดยรอบจะกลับสู่สถานะดั้งเดิมโดยสมบูรณ์

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ระบุทิศทางของการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เป็นไปได้และด้วยเหตุนี้จึงเป็นการแสดงออกถึงความไม่สามารถย้อนกลับของกระบวนการในธรรมชาติได้ ก่อตั้งขึ้นโดยการสรุปข้อเท็จจริงเชิงทดลองโดยตรง

สูตรของ R. Clausius: เป็นไปไม่ได้ที่จะถ่ายเทความร้อนจากระบบที่เย็นกว่าไปยังระบบที่ร้อนกว่า หากไม่มีการเปลี่ยนแปลงพร้อมกันในทั้งสองระบบหรือวัตถุโดยรอบ

สูตรของ W. Kelvin: เป็นไปไม่ได้ที่จะดำเนินการตามกระบวนการเป็นระยะ ๆ ผลลัพธ์เดียวที่จะได้คือการผลิตงานเนื่องจากความร้อนที่นำมาจากแหล่งเดียว

เป็นไปไม่ได้เครื่องเคลื่อนที่ตลอดด้วยความร้อนชนิดที่สอง ได้แก่ เครื่องยนต์ที่ทำงานทางกลโดยการระบายความร้อนให้กับร่างกายคนใดคนหนึ่ง

คำอธิบายการไม่สามารถย้อนกลับของกระบวนการในธรรมชาติมีการตีความทางสถิติ (ความน่าจะเป็น)

กระบวนการทางกลล้วนๆ (โดยไม่คำนึงถึงแรงเสียดทาน) สามารถย้อนกลับได้ เช่น มีค่าคงที่ (ไม่เปลี่ยนแปลง) เมื่อแทนที่ t→ -t สมการการเคลื่อนที่ของแต่ละโมเลกุลก็ไม่แปรผันตามการเปลี่ยนแปลงเวลาเช่นกัน มีเฉพาะแรงที่ขึ้นกับระยะทางเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าสาเหตุที่ไม่สามารถย้อนกลับของกระบวนการในธรรมชาติได้ก็คือร่างกายที่มีขนาดมหึมานั้นมีอนุภาคจำนวนมาก

สถานะมหภาคมีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์หลายตัว (ความดัน ปริมาตร อุณหภูมิ ฯลฯ) สถานะจุลทรรศน์มีลักษณะเฉพาะโดยการระบุพิกัดและความเร็ว (โมเมนต์) ของอนุภาคทั้งหมดที่ประกอบกันเป็นระบบ สถานะมหภาคหนึ่งสามารถรับรู้ได้ด้วยไมโครสเตตจำนวนมาก

ให้เราแสดงว่า: N คือจำนวนสถานะทั้งหมดของระบบ N 1 คือจำนวนไมโครสเตตที่รับรู้สถานะที่กำหนด w คือความน่าจะเป็นของสถานะที่กำหนด

ยิ่ง N1 มีขนาดใหญ่เท่าใด ความน่าจะเป็นของมาโครสเตตที่กำหนดก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เช่น ยิ่งระบบจะคงอยู่ในสถานะนี้นานเท่าไร วิวัฒนาการของระบบเกิดขึ้นในทิศทางจากสภาวะที่ไม่น่าเป็นไปได้ไปสู่สภาวะที่น่าจะเป็นไปได้มากกว่า เพราะ การเคลื่อนไหวทางกลนั้นเป็นการเคลื่อนไหวที่ได้รับคำสั่ง และการเคลื่อนไหวทางความร้อนนั้นวุ่นวาย จากนั้นพลังงานกลจะเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน ในการถ่ายเทความร้อน สภาวะที่วัตถุหนึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่า (โมเลกุลมีพลังงานจลน์เฉลี่ยสูงกว่า) มีโอกาสน้อยกว่าสภาวะที่อุณหภูมิเท่ากัน ดังนั้นกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนจึงเกิดขึ้นในทิศทางของอุณหภูมิที่เท่ากัน

เอนโทรปี - การวัดความผิดปกติ- S - เอนโทรปี

โดยที่ k คือค่าคงที่ของ Boltzmann สมการนี้เผยให้เห็นความหมายทางสถิติของกฎอุณหพลศาสตร์ ปริมาณเอนโทรปีในกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ทั้งหมดเพิ่มขึ้น จากมุมมองนี้ ชีวิตคือการต่อสู้อย่างต่อเนื่องเพื่อลดเอนโทรปี เอนโทรปีเกี่ยวข้องกับข้อมูลเพราะว่า ข้อมูลนำไปสู่ความเป็นระเบียบ (ถ้าคุณรู้มาก คุณจะแก่เร็ว ๆ นี้)

ปรากฏการณ์ทางกลทั้งหมดโดยไม่มีแรงเสียดทาน
มีคุณสมบัติเด่นดังนี้
ไม่ว่าร่างกายจะมีการเคลื่อนไหวทางกลไกใดก็ตาม
การเคลื่อนไหวแบบย้อนกลับนั้นเป็นไปได้เสมอ ซึ่งในนั้น
ร่างกายผ่านจุดเดียวกันในอวกาศด้วยจุดเหล่านั้น
ความเร็วเท่ากับการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าแต่
ในทิศทางตรงกันข้ามเท่านั้น นี้ การย้อนกลับได้
ปรากฏการณ์ทางกลสามารถทำได้แตกต่างออกไป

กำหนดเป็นความสมมาตรสัมพันธ์กับการทดแทนอนาคตในอดีต กล่าวคือ สัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของสัญลักษณ์แห่งกาลเวลา ความสมมาตรนี้ตามมาจากสมการการเคลื่อนที่นั่นเอง

สถานการณ์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงเกิดขึ้นในสนามปรากฏการณ์ทางความร้อน หากกระบวนการทางความร้อนเกิดขึ้น กระบวนการย้อนกลับ เช่น กระบวนการที่รัฐเดียวกันถูกส่งผ่าน แต่ในลำดับย้อนกลับเท่านั้น ตามกฎแล้วเป็นไปไม่ได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง กระบวนการทางความร้อน โดยทั่วไปแล้วคือกระบวนการ กลับไม่ได้

ตัวอย่างของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้โดยทั่วไป ได้แก่ การถ่ายโอนพลังงานเมื่อสัมผัสกันของวัตถุสองชิ้นที่มีอุณหภูมิต่างกัน หรือกระบวนการของการขยายตัวของก๊าซสู่อวกาศ กระบวนการย้อนกลับไม่เคยเกิดขึ้น

โดยทั่วไป ระบบใดๆ ของร่างกายที่เหลืออยู่กับตัวเองมักจะเข้าสู่สภาวะสมดุลทางความร้อน โดยที่วัตถุจะอยู่นิ่งโดยสัมพันธ์กัน โดยมีอุณหภูมิและความดันเท่ากัน เมื่อบรรลุสิ่งนี้แล้ว

สถานะระบบโดยตัวมันเองจะไม่ทิ้งมันอีกต่อไป กล่าวอีกนัยหนึ่ง ปรากฏการณ์ทางความร้อนทั้งหมดที่มาพร้อมกับกระบวนการที่เข้าใกล้สมดุลทางความร้อนนั้นไม่สามารถย้อนกลับได้

ตัวอย่างของกระบวนการในระดับสูง
ย้อนกลับได้คือการขยายตัวแบบอะเดียแบติก
หรือการอัดแก๊สหากตรงตามเงื่อนไข
ความอะเดียแบติก กระบวนการไอโซเทอร์มอลด้วย
สามารถย้อนกลับได้หากดำเนินการ
ค่อนข้างช้า “ความช้า” ก็คือ
โดยทั่วไปแล้วเป็นคุณลักษณะเฉพาะของการพลิกกลับได้
กระบวนการ: กระบวนการควรเป็นเช่นนั้น
ช้าจนดูเหมือนว่าร่างกายที่เข้าร่วมในนั้น
จัดการให้อยู่ในทุกช่วงเวลา
สภาวะสมดุลที่สอดคล้องกัน

สภาพภายนอกที่เป็นอยู่ในขณะนั้น กระบวนการดังกล่าวเรียกว่า กึ่งคงที่

เราได้กล่าวไปแล้วว่าในระบบของวัตถุที่อยู่ในสมดุลทางความร้อน ไม่มีกระบวนการใดเกิดขึ้นได้หากปราศจากการแทรกแซงจากภายนอก กรณีนี้มีแง่มุมอื่น: เป็นไปไม่ได้ที่จะดำเนินการใด ๆ ด้วยความช่วยเหลือของวัตถุในสมดุลความร้อน.

ข้อความที่สำคัญอย่างยิ่งนี้เรียกว่าความเป็นไปไม่ได้ที่จะได้งานจากพลังงานของร่างกายในสมดุลความร้อน กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์เราถูกรายล้อมไปด้วยพลังงานความร้อนสำรองจำนวนมากอย่างต่อเนื่อง (เช่น มหาสมุทรของโลก) เครื่องยนต์ที่ทำงานโดยใช้พลังงานสิ่งแวดล้อมเพียงอย่างเดียวจะถือเป็น "เครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอด" กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ไม่รวมความเป็นไปได้ในการก่อสร้างดังที่พวกเขากล่าวไว้ เครื่องเคลื่อนที่ตลอดชนิดที่สองเช่นเดียวกับกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ (กฎการอนุรักษ์พลังงาน) ไม่รวมถึงความเป็นไปได้ในการก่อสร้าง เครื่องเคลื่อนที่ตลอดเวลาชนิดแรกซึ่งจะทำงานได้ "โดยไม่มีอะไรเลย" โดยไม่ต้องอาศัยแหล่งพลังงานภายนอก

3. การแปลงความร้อนเป็นงานเครื่องกล

ตอนนี้เรามาดูปัญหาที่ในความเป็นจริงทำหน้าที่ในช่วงเวลานั้น (ต้นศตวรรษที่ 19) ซึ่งเป็นสาเหตุของการเกิดขึ้นของอุณหพลศาสตร์ในฐานะวิทยาศาสตร์ - ปัญหาของการแปลงความร้อนเป็นงานเครื่องกลหรือปัญหาของ เครื่องยนต์ความร้อน การประดิษฐ์วิธีการผลิตงานเครื่องกลโดยใช้ความร้อนถือเป็นจุดเริ่มต้นของยุคใหม่ในประวัติศาสตร์อารยธรรม

ความจริงก็คืองานเครื่องกลสามารถแปลงเป็นพลังงานความร้อนได้อย่างสมบูรณ์เสมอ (เนื่องจากเช่นแรงเสียดทาน) แต่การแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกลโดยสมบูรณ์ตามที่ปรากฎนั้นเป็นไปไม่ได้

เครื่องยนต์ความร้อนใด ๆ ที่แปลงความร้อนเป็นงาน (เครื่องยนต์ไอน้ำ เครื่องยนต์สันดาปภายใน ฯลฯ ) ทำงานเป็นวัฏจักรนั่นคือในกระบวนการถ่ายเทความร้อนและเปลี่ยนให้เป็นงานนั้นจะถูกทำซ้ำเป็นระยะ

การจะทำเช่นนี้ก็จำเป็นที่ร่างกายจะทำหน้าที่ (ของไหลทำงาน),หลังจากได้รับความร้อนแล้ว

เสร็จงานก็กลับสู่สภาพเดิมเพื่อเริ่มกระบวนการเดิมอีกครั้ง

แต่เรารู้ว่าเพื่อให้การทำงานทั้งหมดของวัตถุในระหว่างรอบ A เป็นบวกนั้น จะต้องกลับสู่สถานะเดิมบนแผนภาพ P-V ตามแนวโค้งด้านล่าง (ดูรูปที่ 12.2) แต่โค้งล่างอยู่ที่

แผนภาพ P-V สอดคล้องกับอุณหภูมิที่ต่ำกว่า ดังนั้นของเหลวทำงานจะต้องถูกทำให้เย็นลงก่อนการบีบอัด

ดังนั้นสำหรับการทำงานแบบเป็นรอบของเครื่องยนต์ความร้อนจำเป็นต้องมีตัวถังอีกหนึ่งตัวที่สามซึ่งเรียกว่า ตู้เย็นและอยู่ที่อุณหภูมิ T 2 ต่ำกว่าอุณหภูมิเครื่องทำความร้อนซึ่งสอดคล้องกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ จากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ เป็นไปตามว่างานสามารถทำได้โดยวัตถุที่ไม่อยู่ในสมดุลทางความร้อนเท่านั้น (เครื่องทำความร้อนและตู้เย็น) ตู้เย็นจะดึงความร้อนจำนวนหนึ่งออกจากสารทำงาน |Q 2 | (ความร้อน Q2

เป็นลบเนื่องจากร่างกายปล่อยความร้อนออกมา) และทำให้เย็นลง ในเครื่องยนต์ที่ใช้ความร้อนจริง สภาพแวดล้อมทำหน้าที่เป็นตู้เย็น

งานทางกลทั้งหมดที่ทำโดยของไหลทำงานในรอบเดียว

และดังที่เราทราบเท่ากับพื้นที่ของวงรอบในแผนภาพ P-V (รูปที่ 12.2)

ปัจจัยด้านประสิทธิภาพ(ประสิทธิภาพ) ของเครื่องยนต์ความร้อน n เรียกว่าอัตราส่วน

ตามกฎหมายนี้ไม่สามารถสร้างหรือทำลายพลังงานได้ มันถูกส่งจากระบบหนึ่งไปอีกระบบหนึ่งและเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่ง ไม่เคยมีกระบวนการที่ฝ่าฝืนกฎข้อที่ 1 ของอุณหพลศาสตร์มาก่อน ในรูป 3.12.1 แสดงอุปกรณ์ที่ฝ่าฝืนกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์

กฎข้อที่ 1 ของอุณหพลศาสตร์ไม่ได้กำหนดทิศทางของกระบวนการทางความร้อน แต่ดังที่ประสบการณ์แสดงให้เห็น กระบวนการทางความร้อนหลายอย่างสามารถเกิดขึ้นได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น กระบวนการดังกล่าวเรียกว่า กลับไม่ได้- ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการสัมผัสความร้อนของวัตถุสองตัวที่มีอุณหภูมิต่างกัน การไหลของความร้อนจะถูกกำหนดทิศทางจากวัตถุที่อุ่นกว่าไปยังวัตถุที่เย็นกว่าเสมอ ไม่เคยสังเกตกระบวนการถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้นเองจากร่างกายที่มีอุณหภูมิต่ำไปยังร่างกายที่มีอุณหภูมิสูงกว่า ดังต่อไปนี้ กระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนที่อุณหภูมิแตกต่างจำกัดจะไม่สามารถย้อนกลับได้

กลับด้านได้กระบวนการคือกระบวนการเปลี่ยนผ่านของระบบจากสถานะสมดุลหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง ซึ่งสามารถดำเนินการในทิศทางตรงกันข้ามผ่านลำดับเดียวกันของสถานะสมดุลระดับกลาง ด้วยเหตุนี้ ตัวระบบและวัตถุโดยรอบจึงกลับคืนสู่สถานะเริ่มต้น กระบวนการที่ระบบยังคงอยู่ในสภาวะสมดุลตลอดเวลาเรียกว่า กึ่งคงที่.

กระบวนการกึ่งคงที่ทั้งหมดสามารถย้อนกลับได้ กระบวนการที่พลิกกลับได้ทั้งหมดเป็นแบบกึ่งคงที่ หากของเหลวในการทำงานของเครื่องจักรใช้ความร้อนสัมผัสกับแหล่งกักเก็บความร้อน อุณหภูมิจะคงที่ในระหว่างกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อน ดังนั้นกระบวนการเดียวที่สามารถพลิกกลับได้จะเป็นกระบวนการกึ่งคงที่แบบไอโซเทอร์มอลซึ่งเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่างกันเล็กน้อยอย่างไม่สิ้นสุด ระหว่างของไหลทำงานและอ่างเก็บน้ำ หากมีแหล่งกักเก็บความร้อนสองแห่งที่มีอุณหภูมิต่างกัน โดยใช้วิธีการแบบพลิกกลับได้ ก็สามารถดำเนินการกระบวนการในสองส่วนอุณหภูมิคงที่ได้ เนื่องจากกระบวนการอะเดียแบติกสามารถดำเนินการได้ทั้งสองทิศทาง (การบีบอัดอะเดียแบติกและการขยายตัวอะเดียแบติก) ดังนั้นกระบวนการในแนวรัศมีประกอบด้วย 2 ไอโซเทอร์มและ 2 อะเดียแบติก ( วงจรการ์โนต์) เป็นกระบวนการเดียวในแนวรัศมีที่สามารถพลิกกลับได้ โดยที่ของไหลทำงานจะถูกนำเข้าสู่การสัมผัสความร้อนกับแหล่งเก็บความร้อนเพียง 2 แห่ง

กระบวนการในแนวรัศมีอื่นๆ ทั้งหมดที่ดำเนินการโดยใช้แหล่งกักเก็บความร้อน 2 แห่งจะไม่สามารถย้อนกลับได้ กระบวนการที่เปลี่ยนกลับไม่ได้คือกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงงานกลให้เป็นพลังงานภายในของร่างกายเนื่องจากการมีแรงเสียดทานกระบวนการแพร่กระจายในก๊าซและของเหลวกระบวนการผสมก๊าซเมื่อมีความแตกต่างของแรงดันเริ่มต้น ฯลฯ กระบวนการจริงทั้งหมดไม่สามารถย้อนกลับได้ แต่พวกเขาสามารถเข้าใกล้กระบวนการปิดแบบย้อนกลับได้โดยพลการ กระบวนการที่พลิกกลับได้เป็นกระบวนการในอุดมคติของกระบวนการจริง กฎข้อที่ 1 ของอุณหพลศาสตร์ไม่สามารถแยกแยะกระบวนการที่ผันกลับได้จากกระบวนการที่ย้อนกลับไม่ได้ เขาเพียงแต่ขอสมดุลพลังงานจากกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ และไม่ได้พูดอะไรเกี่ยวกับว่ากระบวนการดังกล่าวน่าจะเป็นไปได้หรือไม่

ทิศทางของกระบวนการที่เกิดขึ้นเองนั้นกำหนดโดยกฎข้อที่ 2 ของอุณหพลศาสตร์ สามารถกำหนดได้ในรูปแบบของการห้ามกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์บางประเภท นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ดับบลิว. เคลวิน (W. Kelvin) ได้ให้กฎข้อที่สองนี้ขึ้นในปี พ.ศ. 2394 ดังนี้: ในเครื่องจักรที่ใช้ความร้อนแบบหมุนวน กระบวนการหนึ่งเป็นไปไม่ได้ ผลลัพธ์เดียวที่จะได้คือการเปลี่ยนปริมาณความร้อนทั้งหมดที่ได้รับจากงานกลไปเป็นงานกล อ่างเก็บน้ำความร้อนเดียว เครื่องจักรความร้อนสมมุติซึ่งกระบวนการดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้เรียกว่า "เครื่องยนต์ที่ไม่มีที่สิ้นสุดประเภทที่สอง" ภายใต้สภาวะภาคพื้นดิน เครื่องจักรดังกล่าวอาจใช้พลังงานความร้อน เช่น จากมหาสมุทรโลก และเปลี่ยนให้เป็นงานได้อย่างสมบูรณ์

มวลของน้ำในมหาสมุทรโลกอยู่ที่ประมาณ 1,021 กิโลกรัม และการทำให้เย็นลงหนึ่งองศาจะปล่อยพลังงานออกมาไม่จำกัด (ประมาณ 1,024 จูล) ซึ่งเทียบเท่ากับการเผาไหม้ถ่านหินทั้งหมด 1,017 กิโลกรัม ปีละครั้ง พลังงานที่สร้างขึ้นบนโลกจะน้อยลงประมาณ 104 เท่า ดังนั้น "ผู้เสนอญัตติที่ไม่มีที่สิ้นสุดของประเภทที่สอง" น่าจะดึงดูดประชากรโลกมากกว่า "ผู้เสนอญัตติที่ไม่มีที่สิ้นสุดของประเภทที่หนึ่ง" ซึ่งผิดกฎหมายตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน อาร์. เคลาเซียส ให้สูตรที่แตกต่างออกไป กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์:กระบวนการหนึ่งเป็นไปไม่ได้ ผลลัพธ์เดียวก็คือการถ่ายโอนพลังงานโดยการแลกเปลี่ยนความร้อนจากร่างกายที่มีอุณหภูมิต่ำไปยังร่างกายที่มีอุณหภูมิสูงกว่า ในรูป 3.12.2 แสดงถึงกระบวนการที่ห้ามโดยกฎข้อที่สอง แต่ไม่ได้ห้ามโดยกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ กระบวนการเหล่านี้สอดคล้องกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์สองสูตร

ต้องเน้นย้ำว่าทั้งสองสูตรของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ เทียบเท่า- ตัวอย่างเช่น หากเราถือว่าความร้อนสามารถเคลื่อนที่ได้เอง (กล่าวอีกนัยหนึ่ง โดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายของงานภายนอก) ในระหว่างการแลกเปลี่ยนความร้อนจากวัตถุเย็นไปเป็นวัตถุร้อน เราก็สามารถสรุปได้ว่ามีความเป็นไปได้ที่จะสร้าง "มอเตอร์ที่ไม่มีที่สิ้นสุด" ประเภทที่สอง” ที่จริงแล้ว ให้เครื่องระบายความร้อนจริงได้รับปริมาณความร้อน Q1 จากฮีตเตอร์ และให้ปริมาณความร้อน Q2 แก่ตู้เย็น ทั้งหมดนี้ทำงานเสร็จแล้ว A = Q1 - |Q2| ถ้าปริมาณความร้อน |Q2| จากตู้เย็นไปยังเครื่องทำความร้อนอย่างเป็นธรรมชาติ ผลลัพธ์สุดท้ายของการทำงานของเครื่องระบายความร้อนจริงและ "เครื่องทำความเย็นที่ไร้ที่ติ" ก็คือการเปลี่ยนปริมาณความร้อน Q1 - |Q2| ที่ได้มาจากเครื่องทำความร้อนเป็นงานโดยไม่มีอะไรเลย การกำหนดค่าในตู้เย็น

ดังนั้น องค์ประกอบของเครื่องจักรที่ใช้ความร้อนจริงและ "เครื่องทำความเย็นที่ไร้ที่ติ" จึงเทียบเท่ากับ "เครื่องยนต์ที่ไม่มีที่สิ้นสุดประเภทที่สอง" ในทำนองเดียวกัน สามารถแสดงให้เห็นได้ว่าองค์ประกอบของ "เครื่องทำความเย็นจริง" และ "มอเตอร์แบบไม่มีที่สิ้นสุดประเภทที่สอง" เทียบเท่ากับ "เครื่องทำความเย็นที่สมบูรณ์แบบ"

กฎข้อที่ 2 ของอุณหพลศาสตร์เกี่ยวข้องโดยเฉพาะกับการไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมของกระบวนการทางความร้อนจริงได้ พลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลนั้นแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากพลังงานประเภทอื่น ๆ ทั้งหมด - เครื่องกล, อิเล็กทรอนิกส์, เคมี ฯลฯ พลังงานทุกประเภทไม่นับพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานประเภทอื่นได้อย่างสมบูรณ์ รวมถึงการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของพลังงาน อย่างหลังสามารถสัมผัสกับการเปลี่ยนแปลงเป็นพลังงานประเภทอื่นได้เพียงบางส่วนเท่านั้น ดังนั้นกระบวนการทางกายภาพใด ๆ ที่การเปลี่ยนพลังงานบางประเภทเป็นพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลเกิดขึ้นนั้นเป็นกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือไม่สามารถดำเนินการในทิศทางตรงกันข้ามได้อย่างสมบูรณ์ คุณสมบัติทั่วไปของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ทั้งหมดคือเกิดขึ้นในระบบที่ไม่สมดุลทางอุณหพลศาสตร์และเป็นผลมาจากกระบวนการเหล่านี้ ระบบปิดเข้าใกล้สภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์

ขึ้นอยู่กับสูตรใด ๆ ของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์สามารถยืนยันข้อความต่อไปนี้ซึ่งเรียกว่า สัจพจน์การ์โนต์:

1. ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพของเครื่องจักรที่ใช้ความร้อนซึ่งทำงานที่อุณหภูมิที่กำหนดของเครื่องทำความร้อนและตู้เย็นจะต้องไม่มากกว่าค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพของเครื่องจักรที่ทำงานตามวงจรคาร์โนต์แบบผันกลับได้ที่อุณหภูมิเดียวกันของเครื่องทำความร้อนและตู้เย็น
2. ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพของเครื่องจักรระบายความร้อนที่ทำงานตามวงจรการ์โนต์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับประเภทของของไหลทำงาน แต่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนและตู้เย็นเท่านั้น

ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพของเครื่องจักรที่ทำงานตามวงจรการ์โนต์จึงมีค่าสูงสุด

ไม่ว่าวงจรคาร์โนต์จะเคลื่อนที่ไปในทิศทางใด (ตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา) ปริมาณ Q1 และ Q2 มักจะมีสัญญาณที่แตกต่างกันเสมอ เราจึงสามารถเขียนได้

ความสัมพันธ์นี้สามารถสรุปเป็นลักษณะทั่วไปสำหรับกระบวนการที่สามารถพลิกกลับได้แบบปิดใดๆ ซึ่งสามารถแสดงเป็นลำดับของส่วนไอโซเทอร์มอลและอะเดียแบติกขนาดเล็ก (รูปที่ 3.12.3)

เมื่อข้ามลูปที่พลิกกลับได้แบบปิดโดยสมบูรณ์

โดยที่ ΔQi = ΔQ1i + ΔQ2i คือปริมาณความร้อนที่ได้จากของไหลทำงานในส่วนอุณหภูมิคงที่สองส่วนที่อุณหภูมิ Ti เพื่อดำเนินการวัฏจักรที่ซับซ้อนดังกล่าวโดยใช้วิธีการแบบย้อนกลับได้ จะต้องนำของไหลทำงานไปสัมผัสกับความร้อนกับแหล่งเก็บความร้อนหลายแห่งที่มีอุณหภูมิ Ti อัตราส่วน ΔQi/Ti เรียกว่า ลดความร้อน- สูตรที่ได้มาบ่งชี้ว่า ความร้อนที่ลดลงรวมในวงจรที่ผันกลับได้จะเป็นศูนย์- สูตรนี้ช่วยให้คุณกำหนดปริมาณทางกายภาพใหม่ได้ ซึ่งเรียกว่าเอนโทรปีและเขียนแทนด้วยตัวอักษร S (R. Clausius, 1865) หากระบบอุณหพลศาสตร์เคลื่อนจากสถานะสมดุลหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง เอนโทรปีของระบบจะเปลี่ยนไป ความแตกต่างของค่าเอนโทรปีในสองสถานะเท่ากับความร้อนที่ลดลงที่ระบบได้รับในระหว่างการเปลี่ยนแปลงแบบย้อนกลับจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง

ในกรณีของกระบวนการอะเดียแบติกแบบผันกลับได้ ΔQi = 0 และดังนี้ เอนโทรปี S ยังคงที่ นิพจน์สำหรับการกำหนดค่าเอนโทรปี ΔS ในระหว่างการเปลี่ยนระบบที่ไม่แยกจากสถานะสมดุลที่ 1 (1) ไปเป็นสถานะสมดุลอื่น (2) สามารถเขียนได้เป็น

เอนโทรปีถูกกำหนดโดยใช้ระยะเวลาคงที่ เช่น พลังงานที่เป็นไปได้ของร่างกายในสนามพลัง ความแตกต่าง ΔS เอนโทรปีในสองสถานะของระบบมีความหมายทางกายภาพ เพื่อค้นหาการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีในกรณีนี้ การเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ระบบจากรัฐหนึ่งไปอีกรัฐหนึ่งก็จำเป็นต้องคิดขึ้นมาบ้าง ย้อนกลับได้กระบวนการเชื่อมต่อสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้าย และค้นหาความร้อนลดลงที่ระบบได้รับในระหว่างการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว ข้าว. 3.12.4 แสดงให้เห็นกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ของการขยายตัวของก๊าซ “ไปสู่ความว่างเปล่า” ในกรณีที่ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อน เฉพาะสถานะเริ่มต้นและสุดท้ายของก๊าซในกระบวนการนี้เท่านั้นที่จะสมดุล และสามารถแสดงได้บนแผนภาพ (p, V) จุด (a) และ (b) ที่สอดคล้องกับสถานะเหล่านี้อยู่บนไอโซเทอร์มเดียวกัน ในการคำนวณการกำหนดค่าเอนโทรปี ΔS สามารถมองเห็นการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิความร้อนแบบย้อนกลับจาก (a) ถึง (b) ได้ เนื่องจากในระหว่างการขยายตัวของอุณหภูมิคงที่ ก๊าซจะได้รับความร้อนจำนวนหนึ่งจากวัตถุรอบๆ Q > 0 เราสามารถสรุปได้ว่าด้วยการขยายตัวของก๊าซที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ เอนโทรปีจึงเพิ่มขึ้น: ΔS > 0

อีกตัวอย่างหนึ่งของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้คือการแลกเปลี่ยนความร้อนที่อุณหภูมิแตกต่างอันจำกัด ในรูป รูปที่ 3.12.5 แสดงวัตถุสองชิ้นที่ล้อมรอบด้วยเปลือกอะเดียแบติก อุณหภูมิร่างกายเริ่มต้น T1 และ T2< T1. При термообмене температуры тел равномерно выравниваются. Более теплое тело дает некое количество теплоты, а более прохладное - получает. Приведенное тепло, получаемое прохладным телом, превосходит по модулю приведенное тепло, отдаваемое жарким телом. Отсюда следует, что изменение энтропии замкнутой системы в необратимом процессе термообмена ΔS > 0.

การเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีเป็นคุณสมบัติทั่วไปของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ที่เกิดขึ้นเองทั้งหมดในระบบเทอร์โมไดนามิกส์ที่แยกออกมา ในระหว่างกระบวนการที่สามารถย้อนกลับได้ในระบบแยก เอนโทรปีจะไม่เปลี่ยนแปลง:

อัตราส่วนนี้มักจะเรียกว่า กฎแห่งการเพิ่มเอนโทรปีในกระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นในระบบแยกทางอุณหพลศาสตร์ เอนโทรปีจะคงที่หรือเพิ่มขึ้น ดังนั้นเอนโทรปีจึงแสดงทิศทางของกระบวนการที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ การเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีบ่งชี้ว่าระบบกำลังเข้าสู่สภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ ในสภาวะสมดุล เอนโทรปีจะรับรู้ถึงคุณค่าที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของมัน กฎการเพิ่มเอนโทรปีถือได้ว่าเป็นกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์อีกประการหนึ่ง ในปี พ.ศ. 2421 L. Boltzmann ให้ ความน่าจะเป็นการตีความแนวคิดเรื่องเอนโทรปี เขาเสนอให้พิจารณาเอนโทรปีเป็น การวัดความวุ่นวายทางสถิติในระบบเทอร์โมไดนามิกส์แบบปิด กระบวนการที่เกิดขึ้นเองทั้งหมดในระบบปิด ซึ่งทำให้ระบบเข้าใกล้สภาวะสมดุลมากขึ้น และมาพร้อมกับเอนโทรปีที่เพิ่มขึ้น มุ่งเน้นไปที่ความน่าจะเป็นของรัฐที่เพิ่มขึ้น สถานะใดๆ ของระบบมหภาคที่มีอนุภาคจำนวนมากสามารถรับรู้ได้หลายวิธี

ความสามารถทางอุณหพลศาสตร์ W ของสถานะระบบคือ จำนวนวิธีโดยที่สถานะที่กำหนดของระบบมหภาคสามารถรับรู้ได้หรือตัวเลข ไมโครสเตตการนำแมโครสเตตนี้ไปใช้ ตามคำนิยาม ความเป็นไปได้ทางอุณหพลศาสตร์คือ W >> 1 ตัวอย่างเช่น หากมีก๊าซ 1 โมลในภาชนะ อาจมีวิธี N จำนวนมากในการวางโมเลกุลในสองครึ่งหนึ่งของภาชนะ: โดยที่ - เบอร์อาโวกาโดร- หนึ่งในนั้นคือไมโครสเตต ไมโครสเตตเพียงอันเดียวเท่านั้นที่สอดคล้องกับกรณีที่โมเลกุลทั้งหมดถูกรวบรวมในครึ่งหนึ่ง (เช่น ทางด้านขวา) ของหลอดเลือด ความเป็นไปได้ของการกระทำดังกล่าวแทบจะเป็นศูนย์ ไมโครสเตตจำนวนมากที่สุดสอดคล้องกับสถานะที่สมดุล ซึ่งโมเลกุลมีการกระจายในระดับปานกลางตลอดทั้งปริมาตร เพราะ สภาวะที่สมดุลเป็นไปได้มากกว่าสถานะที่สมดุลในทางกลับกันคือสถานะของความสับสนวุ่นวายที่มากขึ้นในระบบเทอร์โมไดนามิกส์และสถานะที่มีเอนโทรปีมากที่สุด จากข้อมูลของ Boltzmann เอนโทรปี S ของระบบและความเป็นไปได้ทางอุณหพลศาสตร์ W มีความสัมพันธ์กันดังต่อไปนี้:

โดยที่ k = 1.38·10-23 J/K - ค่าคงที่ของโบลทซ์มันน์- ทางนี้, เอนโทรปีถูกกำหนดโดยลอการิทึมของจำนวนไมโครสเตตด้วยความช่วยเหลือซึ่งทำให้สามารถรับรู้ถึงแมโครสเตตนี้ได้ ดังต่อไปนี้ เอนโทรปีถือได้ว่าเป็นการวัดความน่าจะเป็นของสถานะของระบบอุณหพลศาสตร์ การตีความความน่าจะเป็นของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ช่วยให้ระบบเบี่ยงเบนไปเองจากสภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ ความแตกต่างดังกล่าวเรียกว่า ความผันผวน- ในระบบที่มีอนุภาคจำนวนมาก ความแตกต่างที่มีนัยสำคัญจากสถานะสมดุลนั้นไม่น่าเป็นไปได้มากนัก

กลับด้านได้เป็นกระบวนการที่ตรงตามเงื่อนไขดังต่อไปนี้:

1. สามารถทำได้ในสองทิศทางตรงกันข้าม
2. ในแต่ละกรณี ระบบและวัตถุที่อยู่รอบๆ จะผ่านสถานะตัวกลางเดียวกัน
3. หลังจากดำเนินการกระบวนการโดยตรงและย้อนกลับ ระบบและวัตถุโดยรอบจะกลับสู่สถานะดั้งเดิม

กระบวนการใดๆ ที่ไม่เป็นไปตามเงื่อนไขเหล่านี้อย่างน้อยหนึ่งเงื่อนไขก็คือ กลับไม่ได้.

ดังนั้นจึงสามารถพิสูจน์ได้ว่าลูกบอลที่ยืดหยุ่นอย่างยิ่งซึ่งตกลงในสุญญากาศบนแผ่นที่ยืดหยุ่นอย่างยิ่งจะกลับมาหลังจากการสะท้อนไปยังจุดเริ่มต้นโดยผ่านไปในทิศทางตรงกันข้ามทุกสภาวะกลางที่มันผ่านไปในช่วงตก

แต่โดยธรรมชาติแล้วไม่มีระบบอนุรักษ์นิยมที่เข้มงวด แรงเสียดทานเกิดขึ้นในระบบจริงใดๆ ดังนั้นกระบวนการที่แท้จริงทั้งหมดในธรรมชาติจึงไม่สามารถย้อนกลับได้

จริง กระบวนการทางความร้อนอีกด้วย กลับไม่ได้.

1. ในระหว่างการแพร่กระจาย ความเข้มข้นของความเข้มข้นจะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ กระบวนการย้อนกลับจะไม่เกิดขึ้นเอง เช่น ส่วนผสมของก๊าซ จะไม่แยกออกเป็นส่วนประกอบต่างๆ ตามธรรมชาติ ดังนั้นการแพร่กระจายจึงเป็นกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้
2. ตามที่ประสบการณ์แสดงให้เห็น การถ่ายเทความร้อนก็เป็นกระบวนการแบบทิศทางเดียวเช่นกัน ผลจากการแลกเปลี่ยนความร้อน พลังงานจะถูกถ่ายโอนจากร่างกายที่มีอุณหภูมิสูงกว่าไปยังร่างกายที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าด้วยตัวมันเองเสมอ กระบวนการถ่ายเทความร้อนแบบย้อนกลับจากวัตถุเย็นไปสู่วัตถุร้อนไม่เคยเกิดขึ้นโดยตัวมันเอง
3. กระบวนการแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานภายในระหว่างการกระแทกหรือแรงเสียดทานที่ไม่ยืดหยุ่นก็ไม่สามารถย้อนกลับได้เช่นกัน

ในขณะเดียวกัน ทิศทางและด้วยเหตุนี้การกลับไม่ได้ของกระบวนการทางความร้อนจึงไม่เป็นไปตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์กำหนดเพียงว่าปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากวัตถุหนึ่งจะเท่ากับปริมาณความร้อนที่อีกวัตถุหนึ่งได้รับทุกประการ แต่คำถามที่ว่าร่างกายไหนจะถ่ายโอนพลังงานจากร้อนไปเย็นหรือในทางกลับกันยังคงเปิดอยู่

ทิศทางของกระบวนการทางความร้อนที่แท้จริงถูกกำหนดโดยกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ซึ่งกำหนดขึ้นโดยการสรุปข้อเท็จจริงทางการทดลองโดยตรง นี่คือสมมุติฐาน นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน อาร์. เคลาเซียส ให้สูตรนี้ กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์: เป็นไปไม่ได้ที่จะถ่ายเทความร้อนจากระบบที่เย็นกว่าไปยังระบบที่ร้อนกว่า หากไม่มีการเปลี่ยนแปลงอื่นๆ พร้อมกันในทั้งสองระบบหรือวัตถุโดยรอบ

จากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์เป็นไปตามที่เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างเครื่องจักรการเคลื่อนที่ตลอดกาลประเภทที่สองนั่นคือ เครื่องยนต์ที่ทำงานโดยการระบายความร้อนให้กับร่างกายคนใดคนหนึ่ง

ตั๋ว 23. 1. การกลับคืนไม่ได้ของกระบวนการทางความร้อน; กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์และการตีความทางสถิติ

1. การย้อนกลับไม่ได้ของกระบวนการทางความร้อน กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์และการตีความทางสถิติ

กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ - กฎการอนุรักษ์พลังงานสำหรับกระบวนการทางความร้อน - สร้างความเชื่อมโยงระหว่าง ปริมาณความร้อน Q ได้รับจากระบบโดยการเปลี่ยน ΔU ของมัน กำลังภายในและ งาน A สมบูรณ์แบบเหนือร่างกายภายนอก:

ตามกฎหมายนี้ไม่สามารถสร้างหรือทำลายพลังงานได้ มันถูกส่งจากระบบหนึ่งไปอีกระบบหนึ่งและเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่ง ไม่เคยมีการปฏิบัติตามกระบวนการที่ฝ่าฝืนกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ไม่ได้กำหนดทิศทางของกระบวนการทางความร้อน อย่างไรก็ตาม ตามที่ประสบการณ์แสดงให้เห็น กระบวนการทางความร้อนหลายอย่างสามารถเกิดขึ้นในทิศทางเดียวเท่านั้น กระบวนการดังกล่าวเรียกว่า กลับไม่ได้- ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการสัมผัสความร้อนของวัตถุสองชิ้นที่มีอุณหภูมิต่างกัน การไหลของความร้อนจะถูกส่งจากวัตถุที่อุ่นกว่าไปยังวัตถุที่เย็นกว่าเสมอ ไม่มีกระบวนการถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้นเองจากร่างกายที่มีอุณหภูมิต่ำไปยังร่างกายที่มีอุณหภูมิสูงกว่า ดังนั้น กระบวนการถ่ายเทความร้อนที่อุณหภูมิแตกต่างจำกัดจึงไม่สามารถย้อนกลับได้ กลับด้านได้กระบวนการคือกระบวนการเปลี่ยนผ่านของระบบจากสถานะสมดุลหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง ซึ่งสามารถดำเนินการในทิศทางตรงกันข้ามผ่านลำดับเดียวกันของสถานะสมดุลระดับกลาง ในกรณีนี้ ตัวระบบและวัตถุโดยรอบจะกลับสู่สถานะดั้งเดิม กระบวนการที่ระบบยังคงอยู่ในสภาวะสมดุลตลอดเวลาเรียกว่า กึ่งคงที่- กระบวนการกึ่งคงที่ทั้งหมดสามารถย้อนกลับได้ กระบวนการแบบวงกลมอื่นๆ ทั้งหมดที่ดำเนินการโดยใช้แหล่งกักเก็บความร้อนสองแห่งจะไม่สามารถย้อนกลับได้ กระบวนการเปลี่ยนกลับไม่ได้คือกระบวนการในการแปลงงานกลให้เป็นพลังงานภายในของร่างกายเนื่องจากการมีแรงเสียดทาน กระบวนการแพร่กระจายในก๊าซและของเหลว กระบวนการผสมก๊าซเมื่อมีความแตกต่างของแรงดันเริ่มต้น ฯลฯ กระบวนการจริงทั้งหมดไม่สามารถย้อนกลับได้ แต่ พวกเขาสามารถเข้าใกล้กระบวนการปิดแบบย้อนกลับได้โดยพลการ กระบวนการที่พลิกกลับได้เป็นกระบวนการในอุดมคติของกระบวนการจริง กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ไม่สามารถแยกแยะกระบวนการที่ผันกลับได้จากกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ เพียงแต่ต้องการความสมดุลของพลังงานจากกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ และไม่ได้บอกว่ากระบวนการดังกล่าวเป็นไปได้หรือไม่ ทิศทางของกระบวนการที่เกิดขึ้นเองนั้นถูกกำหนดโดยกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน อาร์. เคลาเซียส ได้ให้กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ว่า กระบวนการหนึ่งเป็นไปไม่ได้ ซึ่งผลลัพธ์เพียงอย่างเดียวคือการถ่ายโอนพลังงานโดยการแลกเปลี่ยนความร้อนจากวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำไปยังวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงกว่า กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์เกี่ยวข้องโดยตรงกับการกลับไม่ได้ของกระบวนการทางความร้อนจริง พลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลนั้นมีคุณภาพแตกต่างไปจากพลังงานประเภทอื่น ๆ ทั้งหมด - เครื่องกล, ไฟฟ้า, เคมี ฯลฯ พลังงานทุกประเภทยกเว้นพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานประเภทอื่นได้อย่างสมบูรณ์ รวมถึงพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน อย่างหลังสามารถสัมผัสกับการเปลี่ยนแปลงเป็นพลังงานประเภทอื่นได้เพียงบางส่วนเท่านั้น ดังนั้นกระบวนการทางกายภาพใด ๆ ที่พลังงานประเภทใดก็ตามถูกแปลงเป็นพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลจึงเป็นกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้นั่นคือไม่สามารถดำเนินการในทิศทางตรงกันข้ามได้อย่างสมบูรณ์ คุณสมบัติทั่วไปของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ทั้งหมดคือกระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้นในระบบที่ไม่มีสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ และเป็นผลมาจากกระบวนการเหล่านี้ ระบบปิดเข้าใกล้สภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์สามารถพิสูจน์ข้อความต่อไปนี้ได้ซึ่งเรียกว่า ทฤษฎีบทของการ์โนต์:

1. ประสิทธิภาพของเครื่องจักรความร้อนที่ทำงานที่อุณหภูมิที่กำหนดของเครื่องทำความร้อนและตู้เย็นจะต้องไม่สูงกว่าประสิทธิภาพของเครื่องจักรที่ทำงานในวงจรการ์โนต์แบบผันกลับได้ที่อุณหภูมิเดียวกันของเครื่องทำความร้อนและตู้เย็น
2. ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานตามวงจรคาร์โนต์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับประเภทของสารทำงาน แต่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนและตู้เย็นเท่านั้น

2 . ปฏิกิริยานิวเคลียร์: กฎการอนุรักษ์ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ พลังงานนิวเคลียร์; ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์

ปฏิกิริยานิวเคลียร์

นิวเคลียสของอะตอมได้รับการเปลี่ยนแปลงในระหว่างการโต้ตอบซึ่งจะมาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของพลังงานจลน์ของอนุภาคที่มีส่วนร่วม

ปฏิกิริยานิวเคลียร์เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคเข้ามาใกล้นิวเคลียสและตกอยู่ในช่วงแรงนิวเคลียร์ อนุภาคที่มีประจุน่าจะผลักกัน ดังนั้น การเข้าใกล้นิวเคลียสของอนุภาคที่มีประจุบวก (หรือนิวเคลียสต่อกัน) จึงเป็นไปได้หากอนุภาค (หรือนิวเคลียส) เหล่านี้ได้รับพลังงานจลน์ขนาดใหญ่ (เช่น โปรตอน นิวเคลียสดิวทีเรียม - ดิวเทอรอน อนุภาค α และนิวเคลียสอื่นๆ ที่มี ความช่วยเหลือจากเครื่องเร่งอนุภาคไอออนเบื้องต้น)

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ครั้งแรกโดยใช้โปรตอนเร็วเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2475 มีความเป็นไปได้ที่จะแยกลิเธียมออกเป็นอนุภาคอัลฟา:

ผลผลิตพลังงานของปฏิกิริยานิวเคลียร์โดยที่ t r, t p, s เป็นค่าคงที่

ในปฏิกิริยานี้ พลังงานการจับยึดจำเพาะในนิวเคลียสของฮีเลียมมีค่ามากกว่าพลังงานการจับยึดจำเพาะในนิวเคลียสของลิเธียม ดังนั้นพลังงานภายในส่วนหนึ่งของนิวเคลียสลิเธียมจึงถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของอนุภาคแอลฟาที่แยกออกจากกัน

การเปลี่ยนแปลงพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสหมายความว่าพลังงานนิ่งทั้งหมดของอนุภาคและนิวเคลียสที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาจะไม่เปลี่ยนแปลง ท้ายที่สุดแล้ว พลังงานที่เหลือของนิวเคลียส M I ตามสูตรนั้นจะแสดงออกมาโดยตรงผ่านพลังงานยึดเหนี่ยว ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน การเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ในระหว่างกระบวนการสลายตัวจะเท่ากับการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เหลือของนิวเคลียสและอนุภาคที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา

พลังงานที่ส่งออกจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ คือความแตกต่างระหว่างพลังงานที่เหลือของนิวเคลียสและอนุภาคก่อนและหลังปฏิกิริยา ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น พลังงานที่ส่งออกจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ก็เท่ากับการเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ของอนุภาคที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเช่นกัน

ปฏิกิริยานิวเคลียร์กับนิวตรอน

การค้นพบนิวตรอนเป็นจุดเปลี่ยนในการศึกษาปฏิกิริยานิวเคลียร์ เนื่องจากนิวตรอนไม่มีประจุ จึงสามารถทะลุนิวเคลียสของอะตอมและทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงได้ง่าย

ตัวอย่างเช่น สังเกตปฏิกิริยาต่อไปนี้:

Enrico Fermi เป็นคนแรกที่ศึกษาปฏิกิริยาที่เกิดจากนิวตรอน เขาค้นพบว่าการเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียร์ไม่เพียงเกิดจากนิวตรอนเร็วเท่านั้น แต่ยังเกิดจากนิวตรอนด้วย

ปฏิกิริยาที่นิวเคลียสของอะตอมเกิดขึ้นนั้นมีความหลากหลายมาก นิวตรอนไม่ได้ถูกนิวเคลียสผลักกัน จึงมีประสิทธิผลเป็นพิเศษในการทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์ที่ช้า

ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ เรียกการเปลี่ยนแปลงในนิวเคลียสของอะตอมเมื่อพวกมันมีปฏิกิริยากับอนุภาคมูลฐานหรือต่อกัน

3. งานทดลอง: “การวัดความเร่งของการตกอย่างอิสระโดยใช้ลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์”