ла швидко розвиватися термодинаміка. Процес її розвитку був фактично процесом інтеграції знань. Якщо на початку століття тільки що народилася термодинаміка виступала як механічна теорія теплоти, то на схилі століття вона представляла собою дуже загальну теорію, що виходить власне за рамки теплових явищ, прикладається до всіх фізичних і хімічних процесам, що відбуваються в речовині, в різних системах. Важливим досягненням на шляху цього процесу інтеграції знань було відкриття фундаментального закону природи - закону збереження і перетворення енергії.
Засновник термодинаміки С. Карно у своїй праці "Роздуми про рушійну силу вогню і про машини, способах розвивати цю силу "пише:" Тепло - це не що інше, як рушійна сила, або вірніше рух, що змінило свій вигляд. Це рух частинок тел. Таким чином, можна висловити загальне положення: рушійна сила існує в природі в незмінній кількості, вона ніколи не створюється, ніколи не знищується; в дійсності вона змінює форму, тобто викликає те один рід руху, то інший ... "Щоб побачити тут закон збереження і перетворення енергії - достатньо замість "рушійної сили" поставити "Енергію" (термін "енергія" був введений ще Юнгом в 1807 р., але прижився не відразу; під "енергією" Юнг розумів добуток маси тіла на квадрат його швидкості).
Відкриття закону збереження і перетворення енергії зазвичай пов'язують з іменами Р. Майера, Д. Джоуля, Г. Гельмгольца. Другий початок термодинаміки як деякий емпіричне правило було вперше сформульовано в 1850 р. Р. Клаузіусом і в 1851 У.Томсоном (Клаузіус ввів поняття внутрішньої енергії, а також величини, названої "Ентропією") [1, 23]. br/>
1.1 Перший закон термодинаміки
На рис. 1 умовно зображені енергетичні потоки між виділеної термодинамічної системою і оточуючими тілами. Величина Q> 0, якщо тепловий потік спрямований у бік термодинамічної системи. Величина A> 0, якщо система здійснює позитивну роботу над оточуючими тілами.
Якщо система обмінюється теплом з оточуючими тілами і здійснює роботу (позитивну чи негативну), то змінюється стан системи, тобто змінюються її макроскопічні параметри (температура, тиск, об'єм).
Оскільки внутрішня енергія U однозначно визначається макроскопічними параметрами, що характеризують стан системи, то звідси випливає, що процеси теплообміну і вчинення роботи супроводжуються зміною О”U внутрішньої енергії системи.
В
Рисунок 1 - Обмін енергією між термодинамічною системою і навколишніми тілами в результаті теплообміну і що здійснюється роботи
Перший закон термодинаміки є узагальненням закону збереження і перетворення енергії для термодинамічної системи. Він формулюється так:
Зміна О”U внутрішньої енергії неізольованої термодинамічної системи дорівнює різниці між кількістю теплоти Q, переданої системі, і роботою A, досконалої системою над зовнішніми тілами
О”U = Q - A
1.2 Другий закон термодинаміки
На сучасному науковому мовою другий початок термодинаміки звучить так: У необоротних процесах повна ентропія системи завжди зростає. Клаузіус і Томсон прийшли до фундаментального висновку, що належить до Всесвіту в цілому. Насправді оборотних процесів не буває. Будь-яке механічне рух відбувається з хоча б з малою часткою перетворення механічної енергії у теплову - виділяється при терті. Рано чи пізно всі рухомі тіла зупиняться, настане рівновага, що відповідає максимальної ентропії. Томсон уклав, що "світові загрожує теплова смерть ". І в той же час "енергія світу залишається незмінною". Другий закон термодинаміки називають законом зростання ентропії. p> Надалі німецький фізик Рудольф Клаузіус (1822-1888) використовував для формулювання другого закону термодинаміки поняття ентропії, яке згодом австрійський фізик Людвіг Больцман (1844 - 1906) інтерпретував у термінах зміни порядку в системі. Коли ентропія системи зростає, то відповідно підсилюється безладдя в системі. У такому випадку другий закон термодинаміки постулює:
Ентропія замкнутої системи, тобто системи, яка не обмінюється з оточенням ні енергією ні речовиною, постійно зростає.
А це означає, що такі системи еволюціонують у бік збільшення в них безладу, хаосу і дезорганізації, поки не досягнуть точки термодинамічної рівноваги, в якої всяке виробництво роботи стає неможливим [2, 47].
Оскільки про зміну систем у класичній термодинаміці ми можемо судити по збільшенню їх ентропії, то остання і виступає в якості своєрідної стріли часу. У механічних процесах ні про який реальному часі говорити не доводиться. Задавши в них початковий стан (координати і імпульси), можна, відповідно до рівнянь руху, однозначно визначити будь-яке інше її стан у майбутньому або минулому. Тому час в них виступає просто як параметр, знак якого можна міняти на зворотний, і таким чином повернутися до первісного стану системи. Нічого подібного не зустрічається в термодинамічних процесах, які є незворотними за своє...
