Termodinamikaning ikkinchi qonuni

211 21guruh
TERMODINAMIKANING IKKINCHI QONUNI
Abdullayeva Xurshida
KIRISH
Termodinamikaning ikkinchi qonuni termodinamik tizim holatining funksiyasi sifatida entropiya mavjudligini belgilaydi va mutlaq termodinamik harorat tushunchasini kiritadi, yaʼni „ikkinchi qonun entropiya qonuni“ va uning xossalari.
Ikkinchi qonun nima uchun ba'zi jarayonlar o'z-o'zidan sodir bo'lishi va boshqalari sodir bo'lmasligi haqida fundamental tushuncha beradi. Unda aytilishicha, tabiiy jarayonlar yuqori entropiya holatiga o'tadi, bu erda energiya tengroq taqsimlanadi va foydali ishlarni bajarish uchun kamroq mavjud.
QONUNNING TAVSIFI
Termodinamikaning Ikkinchi qonun nima uchun ba'zi jarayonlar o'z-o'zidan sodir bo'lishi va boshqalari sodir bo'lmasligi haqida fundamental tushuncha beradi. Unda aytilishicha, tabiiy jarayonlar yuqori entropiya holatiga o'tadi, bu yerda energiya tengroq taqsimlanadi va foydali ishlarni bajarish uchun kamroq mavjud. Ushbu qonun nima uchun issiqlik issiq narsalardan sovuq narsalarga oqib o'tishini, nima uchun bir chashka issiq qahva xonada sovishini va nima uchun gazlar aralashib, idishni to'ldirish uchun tarqalishini tushuntirishga yordam beradi.
Shuningdek, nima uchun hech qanday energiya sarfisiz doimiy ish olib boradigan doimiy harakatlanuvchi mashinani qurish mumkin emasligini tushuntiradi. Bunday mashina entropiyani oshirish tamoyilini buzadi.
Bu qonunni tushunish muhandislik, fizika, kimyo va biologiya kabi sohalarda muhim ahamiyatga ega. Bu olimlar va muhandislarga samarali tizimlarni loyihalashda, tabiiy jarayonlarning yo'nalishini bashorat qilishda va termodinamika qonunlari tomonidan qo'yilgan cheklovlarni tushunishda yordam beradi.
ISSIQLIK VA ENERGIYA HAQIDAGI DASTLABKI TUSHUNCHALAR
17—18-asrlarda olimlar issiqlik va energiya tushunchalarini oʻrganishga kirishdilar. Ilk nazariyalar, masalan, Antuan Lavuazye tomonidan taklif qilingan kaloriya nazariyasi, issiqlik issiq jismlardan sovuq jismlarga oqib o‘tadigan “kaloriya” deb ataladigan moddadir, degan fikrni ilgari surdi.
Biroq, 19-asrning boshlariga kelib, Count Ramford va ser Humphry Davy kabi olimlar kaloriya nazariyasiga qarshi tajribalar o'tkazdilar. Ular issiqlikni mexanik ish orqali cheksiz ravishda hosil qilish mumkinligini kuzatdilar va bu issiqlik modda emas, balki energiya shakli ekanligini ko'rsatdi.
KARNONING TERMODINAMIKANI TUSHUNISHGA QO'SHGAN HISSASI:
1824 yilda fransuz muhandisi Sadi Karno termodinamika rivojiga asos solgan “Olovning harakatlantiruvchi kuchi haqida mulohazalar” nomli ibratli asarini e’lon qildi.
Karnot ideallashtirilgan issiqlik dvigateli kontseptsiyasini taqdim etdi, hozirda Carnot dvigateli deb nomlanadi. U bunday dvigatelning samaradorligi faqat issiq va sovuq suv omborlari orasidagi harorat farqiga bog'liqligini ko'rsatdi.
Karno ishi issiqlik dvigatellari samaradorligining chegarasi borligi tamoyilini o'rnatdi va energiya konversiyasini tushunish uchun nazariy asosni berdi.
KELVIN VA KLAUZIUSNING IKKINCHI QONUNNI SHAKLLANTIRISHI:
19-asr oʻrtalarida Uilyam Tomson (keyinchalik lord Kelvin nomi bilan tanilgan) va Rudolf Klauzius mustaqil ravishda termodinamikaning ikkinchi qonunini shakllantirdilar.
Kelvinning ta'kidlashicha, barcha issiqlikni hech qanday yo'qotishsiz ishga aylantirish mumkin emas. Bu bayonot Kelvinning ikkinchi qonun bayonoti sifatida tanilgan.
Klauzius entropiya tushunchasini kiritdi va izolyatsiya qilingan tizimning entropiyasi doimo vaqt o'tishi bilan ortib borishini aytdi. Bu bayonot Klauziusning ikkinchi qonun bayonoti sifatida tanilgan.
Kelvin va Klauziusning formulalari birgalikda ikkinchi qonunni va uning energiya va entropiyaga ta'sirini miqdoriy tushunishni ta'minladi.
5
IKKINCHI QONUNNING BAYONI VA OQIBATLARI
6
Karnoning ishi issiqlik va ishning ekvivalentligi printsipi kashf etilishidan va energiyaning saqlanish qonunining umumjahon tan olinishidan oldin yozilgan. Karno oʻz xulosalarini ikkita qarama-qarshi asos bilan asosladi: tez orada rad etilgan kalorifik nazariya va gidravlik analogiya. Biroz vaqt oʻtgach, R.Klauzius va V.Tomson Karno teoremasini energiyaning saqlanish qonuni yordamida, klassik termodinamikaning ikkinchi qonuni maʼnosiga asos soldilar.
IKKINCHI QONUNNING BAYONI VA OQIBATLARI
Termodinamikaning ikkinchi qonuni-xuddi birinchisi kabi, umuminsoniy tajribani umumlashtirishdir. Tajriba shuni koʻrsatadiki, taʼrifi boʻyicha energiya uzatish shakllari boʻlgan issiqlik va ish ekvivalent emas. Ish bajarsa A toʻgʻridan-toʻgʻri issiqlikka aylanishi mumkin, masalan, ishqalanish orqali va bu holda bir jismning holati oʻzgaradi, issiqlik miqdori Q bu xususiyatga ega emas. Issiqlik taʼminoti faqat tizimning ichki energiyasini oshirishga olib keladi. Berilgan issiqlik miqdori natijasida hosil boʻlgan termodinamik ishni faqat yuqoridagi parametrlarni oʻzgartirish orqali bilvosita olish mumkin.
BUNDA..
Issiqlik manbaining o‘zini sovutishdan tashqari, ochiq jarayonda bir jismning termodinamik holatining o‘zgarsa, yopiq jarayonda esa bir necha jismning termodinamik holati o‘zgaradi. ishchi organ olingan issiqlikning bir qismini oʻtkazishi kerak. Issiqlik dvigatelida issiqlikni qabul qiluvchi sovutgich hisoblanadi. Issiqlikning bir qismini boshqa jismlarga oʻtkazish jarayoni kompensatsiya deyiladi. Tajriba shuni koʻrsatadiki, issiqlikni kompensatsiyasiz ishga aylantirish mumkin emas, issiqlik dvigatellarida ish ishlaydigan suyuqlikni kengaytirish orqali amalga oshiriladi. Mashinaning uzluksiz ishlashi uchun ishchi suyuqlikni asl holatiga qaytarish kerak. Shu maqsadda, u ish sarflash orqali siqilgan boʻlishi kerak. Agar siqish kengayish bilan bir xil haroratda amalga oshirilsa, unda kengayish paytida olingan barcha ishlarni sarflash kerak boʻladi va bu dvigatelning samaradorligi nolga teng boʻladi
Siqish ishi kengayish ishidan kamroq boʻlishi uchun pastroq haroratda siqish kerak. Ishlaydigan suyuqlikning haroratini pasaytirish uchun issiqlikning bir qismi uchinchi tanaga — muzlatgichga oʻtkazilishi kerak. Issiqlik dvigatelining samaradorligi, taʼrifiga koʻra, bir tsiklda ijobiy ishga aylantirilgan issiqlik miqdori ishchi suyuqlikka berilgan issiqlikning umumiy miqdoriga nisbatiga tengdir.
n=
Q1-Q2/Q1=1-Q2/Q1=A/Q1
Bu yerda Q1 — isitgich bergan issiqlik miqdori,
Q2 — muzlatgich olgan issiqlik miqdori, A — termodinamik ish.
Termodinamikada issiqlik dvigatellari, sovutish mashinalari va issiqlik nasoslarini oʻz ichiga olgan issiqlik dvigatellari uzluksiz ishlashini taʼminlash uchun issiqlik dvigatelining ishchi suyuqligi vaqti-vaqti bilan asl holatiga qaytadigan siklda ishlashi kerak. Issiqlik dvigatellarining samaradorligini oshirish uchun ideallashtirilgan issiqlik dvigatellari sikllaridan biri Sadi Karno tomonidan taklif qilingan sikldir.
1-diagrammada doimiy haroratli ikkita issiqlik manbalari oʻrtasida amalga oshiriladigan teskari Karno sikli koʻrsatilgan.
Termodinamikaning ikkinchi qonunining umumiy matematik ifodasi.
Klassik termodinamikaning ikkinchi qonuni izolyatsiyalangan tizimlarning mavjudligi va entropiyasining ortishining yagona printsipiga asosan tuzilgan. Tenglama va tengsizlikdan:
ENTROPIYANING STATISTIK TAʼRIFI
Statistik fizikada entropiya (S) termodinamik sistema ehtimollik funksiyasi sifatida qaraladi (W):
S=k ln⁡W,
Bu yerda k ─ Boltsman doimiysi, W ─ termodinamik holat ehtimoli; makroholatni amalga oshiradigan mikroholatlar soni bilan belgilanadi.
ENTROPIYANING FIZIK MAʼNOSI
Termodinamik tizimning holatini belgilovchi kattaliklar orasida entropiya alohida oʻrinni egallaydi. Klauzius tomonidan berilgan entropiyaning matematik talqiniga asoslanib, har qanday cheksiz kichik kvazistatik jarayonning issiqligi entropiya differensiali va termodinamik haroratning mahsulotiga teng. Boshqacha qilib aytadigan boʻlsak, entropiya har qanday cheksiz kvazistatik jarayon uchun, shuningdek, har qanday chekli kvazstatik izotermik jarayon uchun kamaytirilgan issiqlik oʻlchovidir.
Entropiya jismoniy miqdor sifatida oʻzining mavhumligi bilan ajralib turadi, entropiyaning fizik maʼnosi bevosita uning matematik ifodasidan kelib chiqmaydi va oddiy intuitiv idrok etishga mos kelmaydi. Shu munosabat orqali entropiyaning jismoniy maʼnosini tushunishga bir necha bor urinishlar qilingan. Urinishlar koʻproq tushunarli tushunchalar bilan entropiya oʻxshashligini izlashga asoslangan edi. Shubhasiz, bu turdagi analogiyalar sunʼiydir va ularning entropiyani talqin qilish uchun foydaliligi juda shubhali. Bundan tashqari, entropiya va issiqlik sigʻimi oʻrtasidagi oʻxshashlikni chizishga urinish ham mumkin emas. Keling, tananing oʻziga xos entropiyasining ifodasini taqqoslaylik:
Bu ifodalarning oʻxshashligi issiqlik sigʻimi va entropiyaning bir xil kattaliklari va bir xil oʻlchamlaridan foydalanishdadir. Ikkala miqdor ham birlik massa va birlik haroratga toʻgʻri keladigan issiqlik miqdorini ifodalaydi. Biroq, agar harorat issiqlik sigʻimi formulasiga differentsial shaklda kiritilgan boʻlsa va uni har qanday harorat shkalasida oʻlchash mumkin boʻlsa, u holda absolut harorat entropiya formulasida paydo boʻladi. Issiqlik sigʻimi va entropiya oʻrtasidagi farq shundaki, solishtirma issiqlik sigʻimi 1 kg moddani bir gradus Selsiy (yoki Kelvin) ga qizdirish uchun zarur boʻlgan issiqlik miqdoridir. Entropiya — massa birligiga va absolut harorat birligiga toʻgʻri keladigan issiqlik miqdori. Qaysidir maʼnoda, bu oʻziga xos energiya. Entropiya ham holat funksiyasidir, lekin uning qiymati tizimning berilgan holat yaqinidagi o‘zgarishiga bog‘liq emas va u statik miqdordir.
Fizika nuqtai nazaridan, entropiya haqiqiy termodinamik jarayonning qaytarilmasligi, ideal emasligi darajasini tavsiflaydi. Bu energiyaning tarqalishi oʻlchovi, shuningdek issiqlikni ishga aylantirish uchun foydalanishga yaroqliligi nuqtai nazaridan energiyani baholash oʻlchovidir.
5
TERMODINAMIKANING IKKINCHI QONUNINI QOʻLLASH CHEGARALARI
Klauzius va uning izdoshlarining g‘oyalar tizimida entropiyaning mavjudligi va ortishining ikkala tamoyili ham qaytarilmaslik postulatiga (Klauzius, Tomson-Kelvin, Plank va boshqalar postulatlari) asoslanadi. Entropiyaning o‘sishi tamoyili esa, energiyaning saqlanish qonuni bilan yonma-yon turgan tabiatning umuminsoniy qonuni darajasiga koʻtarilgan. Shunday qilib, ushbu asosiy qonunning har qanday buzilishi uning barcha oqibatlarining qulashiga olib keladi, bu esa termodinamikaning taʼsir doirasini sezilarli darajada cheklaydi.
TERMODINAMIKANING IKKINCHI QONUNI VA EVOLYUTSIONIZMNING TANQIDI
Termodinamikaning ikkinchi qonuni baʼzan evolyutsiya nazariyasi tanqidchilari tomonidan tabiatning murakkablik yoʻnalishi boʻyicha rivojlanishi mumkin emasligini koʻrsatish uchun ishlatiladi. Biroq, fizik qonunning bunday qoʻllanilishi notoʻgʻri, chunki entropiya faqat yopiq tizimlarda kamaymaydi, tirik organizmlar va butun Yer sayyorasi ochiq tizimlardir.
Hayot jarayonida tirik organizmlar bir turdagi energiyani boshqa turdagi energiyaga aylantiradi va shu bilan koinot entropiyasining umumiy oʻsishini tezlashtiradi. Entropiyaning „tartibli“ jarayonlar orqali „mahalliy“ pasayishiga qaramay, koinot entropiyasida umumiy oʻsish kuzatiladi va tirik organizmlar bu jarayonning qaysidir maʼnoda katalizatori hisoblanadi. Shunday qilib, termodinamikaning ikkinchi qonunining bajarilishi kuzatiladi, tirik organizmlarning paydo boʻlishi va mavjudligida hech qanday paradoks yoʻq.
Biz termodinamikaning ikkinchi qonuni va uning fan va jamiyatdagi ahamiyatini o'rganib chiqdik. Biz ushbu qonunning qanday qilib entropiyaning vaqt o'tishi bilan ortib borishi, jarayonlarning tabiiy yo'nalishiga va qaytmaslik tushunchasiga olib kelishini muhokama qildik.
XULOSA
Demak:
1. Ikkinchi qonun koinotdagi energiya va materiyaning xatti-harakatlari haqida fundamental tushuncha beradi.
2. Nima uchun ba'zi jarayonlar o'z-o'zidan sodir bo'lishini tushuntirishga yordam beradi, boshqalari esa yo'q.
3. Entropiya tushunchasi energiyani aylantirish va undan foydalanish samaradorligini tushunishda hal qiluvchi ahamiyatga ega.
E’tibor uchun rahmat