Ее первый закон

Второй закон термодинамики и

Раскроем сначала смысл термина «самопроизвольный процесс». Интуитивно представляется, что это процесс, происходящий без участия человека. Действительно, поток воды водопада Ниагары имеет на верхнем уровне запас потенциальной энергии, природа создала условия для падения воды, т.е. для превращения потенциальной энергии в кинетическую, Последняя в конце концов превращается в тепловую. Но та же вода на гидростанции вращает водяные турбины и далее электрогенераторы. Здесь человек создал условия превращения потенциальной энергии воды в водохранилище в электроэнергию. Но после создания условий процесс превращения происходит уже без участия человека, т.е. самопроизвольно.

Многочисленные экспериментальные данные, да и просто житейские наблюдения, показывают, что теплота самопроизвольно переходит из области высоких температур в область низких; что материальный поток самопроизвольно течет из области высокого давления в область низкого; что два разных газа самопроизвольно смешиваются (диффундируют), если убрать перегородку между ними; что электрические заряды самопроизвольно движутся из области высокой напряженности электрического поля в область низкой и т.д. и т.п.

Эти примеры показывают, что необходимым условием течения процессов является разность потенциалов (см. лекцию 1, определение понятия потенциала): внешнего Р_j^e и внутреннего Р_j (j = 1, 2, 3,….n)

ΔР_j = Р_j^e – P_j.

Чем больше разность ΔР_j, тем больше мера превращения, т.е. изменение сопряженной координаты состояния Δx_j^e (см. лекцию 1 и критерий стабильности термодинамики).

Снова отсылая к лекции 1, напомним, что

du = ∑dK_j = ∑P_jdx_j + ∑ΔP_jdx_j.

Основной эмпирический факт состоит в том, что при конечной разности потенциалов взаимодействия термодинамической системы и внешней среды получается

∑ΔP_jdx_j = Tds_диссип, ds_диссип > 0 (4.2)

Иными словами, результат этого превращения при конечной разности потенциалов взаимодействия любого рода как бы включает «внутреннее» термическое воздействие: часть превращаемой энергии (часть количества воздействия) всех родов рассеивается (диссипирует) и обращается в «теплоту», а значит

ds_диссип = dQ_диссип /Т > 0.

В этом и состоит суть и смысл второго закона термодинамики.

Замечание. Человеку в его производственной деятельности по созданию организованной материи, энергии и информации свойственно стремление производить быстро, много и высокого потребительского качества. Чем же приходится платить за скорость процессов и за качество продукции? А платить приходится большими разностями потенциалов взаимодействия и, в конце концов, согласно (4.2) ростом энтропии в системе человек + производство + внешняя среда. Для химиков-технологов стремление к большим производительностям установок, к высокой степени выделения целевого продукта из смесей приходится объективно оплачивать большой себестоимостью этого продукта.

Следовательно, быстро – значит дорого, медленно - значит дешево.

Термодинамическая основа этого вывода в том, что высокоупорядоченные виды энергии (электрическая, все виды топлива, водяной пар больших параметров, высокие давления катализа и синтеза и т.д.), будучи очень дорогими, превращаются в тепловую энергию, энергию хаотического, беспорядочного движения с малым термическим потенциалом по отношению к внешней среде, а зачастую с потенциалами самой среды. И такую энергию просто невозможно использовать далее для производства.

Дата добавления: 2014-01-04