Тэрмадынаміка: розьніца паміж вэрсіямі
Змесціва выдалена Змесціва дададзена
д Removing Link FA template (handled by wikidata) |
крыніца — https://en.wikipedia.org/wiki/Thermodynamics?oldid=934910981 |
||
Радок 1:
[[Файл:Carnot engine (hot body - working body - cold body).jpg|міні|Анатаваная каляровая вэрсія першапачатковага [[цеплавая машына Карно|цеплавога рухавіка Карно]] 1824 году, на якой пазначаны гарачае цела (кацёл), працоўны корпус (сыстэма і пара) і халоднае цела (вада). Літары пазначаныя ў адпаведнасьці з пунктамі прыпынку ў [[цыкль Карно|цыкле Карно]].]]
{{Пачаткі тэрмадынамікі}}▼
'''Тэ́рмадына́міка''' — [[навука]] (разьдзел [[фізыка|фізыкі]]) пра найбольш агульныя якасьці макраскапічных аб’ектаў, то бок
Тэрмадынаміка грунтуецца на двух зыходных палажэньнях і трох пачатках (законах) тэрмадынамікі, якія былі атрыманыя на аснове абагульненьня досьледаў чалавецтва і доказаў ня маюць.
Радок 6:
Клясычная тэрмадынаміка карыстаецца фэнамэналягічным мэтадам дасьледаваньня, які не разглядае пабудову дасьледаванага рэчыва на мікраскапічным узроўні, а высьвятляе сувязь паміж макраскапічнымі велічынямі (такімі як [[ціск]], [[тэмпэратура]] і г. д.). Таму высновы, атрыманыя пры дапамозе гэтага мэтаду, не залежаць ад іншых тэорыяў.
Тэрмадынаміка шырока прымяняецца ў [[навука|навуцы]] і [[тэхніка|тэхніцы]]. Гістарычна склалася так, што тэрмадынаміка распрацоўвалася праз жаданьне павысіць эфэктыўнасьць і выходную магутнасьць пачатковых [[парасілавая ўстаноўка|паравых рухавікоў]], у прыватнасьці, дзякуючы працы францускага фізыка [[Нікаля Леанар Садзі Карно|Нікаля Леанара Садзі Карно]], які лічыў, што эфэктыўнасьць цеплавых рухавікоў ёсьць ключом, які можа дапамагчы [[Францыя|Францыі]] атрымаць перамогу ў [[напалеонаўскія войны|напалеонаўскіх войнах]]<ref>Clausius, Rudolf (1850). On the Motive Power of Heat, and on the Laws which can be deduced from it for the Theory of Heat. Poggendorff's Annalen der Physik, LXXIX (Dover Reprint). — ISBN 0-486-59065-8.</ref>. Брытанскі фізык ірляндзкага паходжаньня [[Ўільям Томсан (лорд Келвін)|лорд Келвін]] быў першым, хто сфармуляваў кароткае вызначэньне тэрмадынамікі ў [[1854]] годзе.
Першапачатковае прыкладаньне тэрмадынамікі ў мэханічных [[цеплавы рухавік|цеплавых рухавіках]] было хутка распаўсюджана на вывучэньне [[хімічнае злучэньне|хімічных злучэньняў]] і [[хімічная рэакцыя|хімічных рэакцыяў]]. [[Хімічная тэрмадынаміка]] вывучае характар ролі энтрапіі ў працэсе хімічных рэакцыяў і забясьпечвае асноўную частку атрыманьня і пашырэньня ведаў у гэтае галіне<ref>Gibbs, Willard, J. (1874—1878). [https://archive.org/details/transactions03conn ''«Transactions of the Connecticut Academy of Arts and Sciences»'']. III. New Haven. — С. 108—248, 343—524.</ref><ref>Duhem, P.M.M. (1886). ''«Le Potential Thermodynamique et ses Applications»''. Hermann. Paris.</ref><ref>Lewis, Gilbert N.; Randall, Merle (1923). ''«Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances»''. McGraw-Hill Book Co. Inc.</ref><ref>Guggenheim, E.A. (1933). ''«Modern Thermodynamics by the Methods of J.W. Gibbs»''. Methuen. London.</ref><ref>Guggenheim, E.A. (1967). ''«Thermodynamics. An Advanced Treatment for Chemists and Physicists»''. 5th edition. North-Holland. Amsterdam.</ref><ref>Enrico Fermi (1956). ''«Thermodynamics. Courier Dover Publications»''. — С. 9. — {{ISBN|978-0486603612}}.</ref><ref>Perrot, Pierre (1998). ''«A to Z of Thermodynamics»''. Oxford University Press. — {{ISBN|978-0-19-856552-9}}.</ref><ref>Clark, John, O.E. (2004). ''«The Essential Dictionary of Science»''. Barnes & Noble Books. — {{ISBN|978-0-7607-4616-5}}.</ref>. Статыстычная тэрмадынаміка, альбо [[статыстычная мэханіка]] тычыцца статыстычных прагнозаў калектыўнага руху часьцінак у выніку іхных мікраскапічных паводзінаў. У 1909 годзе [[Канстантын Карэтэодары]] прадставіў чыста матэматычны падыход у аксіёматычнай пастаноўцы, апісаньне якога часта называюць геамэтрычнай тэрмадынамікай.
== Законы тэрмадынамікі ==
▲{{Пачаткі тэрмадынамікі}}
Тэрмадынаміка галоўным чынам грунтуецца на чатырох законах, якія ёсьць унівэрсальна слушнымі для сыстэмаў, якія падпадаюць пад абмежаваньні, прадугледжанымі кожным зь іх. У розных тэарэтычных апісаньнях тэрмадынаміцы гэтыя законы могуць выяўляцца ў, здавалася б, розных формах, але найбольш вядомыя фармулёўкі наступныя.
=== Нулявы закон ===
{{Асноўны артыкул|Нулявы закон тэрмадынамікі}}
Нулявы закон тэрмадынамікі сьцьвярджае, што калі дзьве сыстэмы знаходзяцца ў цеплавой раўнавазе з трэцяй сыстэмай, яны таксама знаходзяцца ў цеплавой раўнавазе паміж сабой.
З гэтага сьцьвярджэньня вынікае, што цеплавая раўнавага ёсьць адносінамі эквівалентнасьці мноства разглядаемых тэрмадынамічных сыстэм. Кажуць, што сыстэмы знаходзяцца ў раўнавазе, калі дробныя выпадковыя абмены паміж імі, як то [[броўнаўскі рух]], не прыводзяць да важкай зьмены энэргітычнага балянсу. Гэты закон заўсёды прымяняецца пры кожным вымярэньні [[тэмпэратура|тэмпэратуры]]. Такім чынам, калі чалавек імкнецца вызначыць, ці маюць два целы аднолькавую тэмпэратуру, ня варта прыводзіць іх у кантакт і вымяраць якія-небудзь зьмены іхных назіраных уласьцівасьцяў. Закон дае эмпірычнае вызначэньне тэмпэратуры і абгрунтаваньне пабудовы практычных [[тэрмомэтар|тэрмомэтраў]].
Нулявы закон першапачаткова ня быў прызнаны асобным законам тэрмадынаміцы, паколькі ягоная аснова была ўключаная ў іншыя законы тэрмадынаміцы. Першы, другі і трэці законы ўжо былі сфармуляваны на той час і знайшлі сваё прызнаньне сярод супольнасьці фізыкаў. З практычнага пункту гледжаньня было немэтаздогна зьмяняць існую нумэрацыю, а таму, з улікам значнасьці гэтага закону як базіснага для іншых, яго было вырашына пазначыць нулявым нумарам.
=== Першы закон ===
{{Асноўны артыкул|Першы закон тэрмадынамікі}}
Першы закон тэрмадынамікі сьцьвярджае, што ў працэсе безь перадачы рэчыва зьмена [[нутраная энэргія|ўнутранае энэргіі]] <math>\Delta U</math> тэрмадынамічнай сыстэмы ёсьць роўнай энэргіі, атрыманай, як [[цеплавая энэргія|цяпло]] <math>Q</math>, за вылікам тэрмадынамічнай працы <math>W</math>, выкананай сыстэмай<ref>Bailyn, M. (1994). ''«A Survey of Thermodynamics»''. American Institute of Physics. AIP Press. Woodbury NY. — С. 79. — {{ISBN|0883187973}}.</ref>.
:<math>\Delta U = Q - W</math>
Для працэсаў, якія ўключаюць перадачу рэчыва, варта мець на ўвазе, што з улікам адпаведных эталонных станаў сыстэмаў, калі дзьве сыстэмы, якія могуць мець розны хімічны склад, першапачаткова аддзяляюцца толькі непранікальнай перагародкай паміж сайбой, то бок ёсьць ізаляванымі, а потым аб’ядноўваюцца ў новую сыстэму праз выдаленьне гэтае перагародкі, то маем наступнае:
:<math>U_0 = U_1 + U_2</math>,
дзе <math>U_0</math> азначае ўнутраную энэргію аб’яднанай сыстэмы, а <math>U_1</math> і <math>U_2</math> абазначаюць унутраную энэргію адпаведных падзеленых сыстэмаў.
Гэты закон у дачыненьні да тэрмадынаміцы, ёсьць конкрэтызацыяй агульнафізычнага [[закон захаваньня энэргіі|закону захаваньня энэргіі]], які сьцьвярджае, што энэргія можа трансфармавацца, то бок зьмяняцца з адной формы ў іншую, але ня можа быць створаная альбо зьнішчаная<ref>Callen, H.B. (1960/1985). ''«Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics»''. 2nd edition. John Wiley & Sons. Hoboken NY. — С. 11—13. — {{ISBN|9780471862567}}.</ref>.
Унутраная энэргія зьяўляецца галоўнай уласьцівасьцю [[тэрмадынамічны стан|тэрмадынамічнага стану]], а цяпло і праца ёсьць рэжымам перадачы энэргіі, дзякуючы якім працэс можа зьмяніць гэты стан. Зьмена ўнутранай энэргіі сыстэмы можа быць дасягнутая праз спалучэньне цяпла, якое дадаецца ці адводзіцца з сыстэмы, і працы, якая выконваецца сыстэмай альбо над ёй. У залежнасьці ад стану, унутраная энэргія не залежыць ані ад спосабу, ані ад шляху праз прамежкавыя этапы, па якіх сыстэма перайшла ў свой стан.
Менавіта праз гэты закон вынікае, што пабудаваць [[вечны рухавік]] першага парадку немагчыма, бо карысная праца рухавіка ня можа быць выкананая адвечна без выкарыстаньня паліва або іншых энэргетычных рэсурсаў.
=== Другі закон ===
{{Асноўны артыкул|Другі закон тэрмадынамікі}}
Другі закон тэрмадынамікі сьцьвярджае, што цяпло ня можа самаадвольна перацякаць ад халоднага цела ад гарачага.
Гэты закон зьяўляецца праявай унівэрсальнага прынцыпу распаду, які назіраецца ў прыродзе. Другі закон ёсьць назіраньнем за тым, што зь цягам часу адрозьненьні ў тэмпэратуры, [[ціск]]у і хімічным патэнцыяле, як правіла, імкнуцца да выраўноўваньня ў фізычнай сыстэме, ізаляванай ад зьнешняга сьвету. Гэта значыць, што калі маюцца два рэзэрвуары з гарачай і халоднай вадой, энэргія будзе незваротна перасоўвацца ад рэзэрвуара з гарачай вадой да рэзэрвуара з халоднай вадой да таго часу пакуль іхныя тэмпэратуры ня стануць роўнымі. [[Энтрапія]] зьяўляецца паказчыкам таго, як прагрэсуе гэты працэс. Энтрапія ізаляванай сыстэмы, якая не знаходзіцца ў раўнавазе, з часам будзе ўзрастаць, набліжаючыся да максымальнага значэньня пры раўнавазе. Аднак прынцыпы, якія кіруюць сыстэмамі, далёкія ад раўнавагі, па-ранейшаму застаюцца дыскусійнымі. Адным з такіх прынцыпаў зьяўляецца прынцып максымальнай генэрацыі энтрапіі<ref>Onsager, Lars (1931). ''«Reciprocal Relations in Irreversible Processes»''. Phys. Rev. 37 (405). — С. 405—426. [[DOI]]:[https://doi.org/10.1103%2Fphysrev.37.405 10.1103/physrev.37.405].</ref><ref>Ziegler, H. (1983). ''«An Introduction to Thermomechanics»''. North Holland. — {{ISBN|9780444598936}}.</ref>. У ім гаворыцца, што нераўнаважныя сыстэмы паводзяць сябе такім чынам, каб максымальна павялічыць сваю энтрапію<ref>Belkin, Andrey; et., al. (2015). [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4321171 ''«Self-Assembled Wiggling Nano-Structures and the Principle of Maximum Entropy Production»'']. Sci. Rep. 5. — С. 8323. — [[DOI]]:[https://doi.org/10.1038%2Fsrep08323 10.1038/srep08323]. [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4321171 PMC 4321171]. [[:PMID:25662746|PMID 25662746]].</ref>.
У клясычнае тэрмадынаміцы другі закон ёсьць асноўным пастулятам, прыдатным да любой сыстэмы, якая ўключае перадачу цеплавой энэргіі. У статыстычнай тэрмадынаміцы другі закон зьяўляецца следзтвам меркаванай выпадковасьці малекулярнага хаосу. Існуе мноства вэрсіяў другога закону, але ўсе яны маюць аднолькавы эфэкт, які тлумачыцца зьявай незваротнасьці ў прыродзе.
Згодна з гэтым законам немагчыма пабудаваць вечны рухавік другога парадку, які, аднойчы стартаваны, пераўтвараў бы ў карысную працу ўсё цяпло здабытае звонку.
=== Трэці закон ===
{{Асноўны артыкул|Трэці закон тэрмадынамікі}}
Трэці закон тэрмадынамікі сьцьвярджае, што калі тэмпэратура сыстэмы набліжаецца да [[абсалютны нуль тэмпэратуры|абсалютнага нулю]], усе працэсы спыняюцца і энтрапія сыстэмы набліжаецца да мінімальнага значэньня.
Гэты закон тэрмадынамікі ёсьць статыстычным законам прыроды адносна энтрапіі і немагчымасьці дасягненьня абсалютнага нулю тэмпэратуры. Гэты закон забясьпечвае абсалютны арыентыр для вызначэньня энтрапіі. Энтрапія, вызначаная адносна гэтага пункту, зьяўляецца абсалютнай энтрапіяй. Альтэрнатыўныя азначэньні маюць сьвярджэньне, што энтрапія ўсіх сыстэмаў і ўсіх станаў сыстэмы ёсьць найменшай пры абсалютным нулі, альбо гэтак жа немагчыма дасягнуць абсалютнага нулю тэмпэратуры любой абмежаванай колькасьцю працэсаў.
Абсалютным нулём зьяўляецца тэмпэратура —273,15 °С ці 0 [[кельвін]]аў, пры якой усялякая актыўнасьць спыняецца.
== Крыніцы ==
Радок 13 ⟶ 61:
== Вонкавыя спасылкі ==
{{Commons}}
* [http://scienceworld.wolfram.com/physics/topics/Thermodynamics.html Тэрмадынаміка] на ScienceWorld{{ref-en}}.
{{Разьдзелы фізыкі}}
| |||