Презентація - оборотні та необоротні процеси

Оборотні та необоротні процеси. Незворотність теплових процесів. Другий закон термодинаміки

учитель фізики МБОУ ліцей Уварово Коростенської області

Закон збереження енергії стверджує, що кількість енергії за будь-яких її перетвореннях залишається незмінним. Тим часом багато процесів, цілком допустимі з точки зору закону збереження енергії, ніколи не протікають в дійсності.

З першого закону термодинаміки спрямованість і тим самим незворотність теплових процесів не випливає.

Перший закон термодинаміки вимагає лише, щоб кількість теплоти, віддане одним тілом, в точності дорівнювала кількості теплоти, яке отримає інше.

Реальні теплові процеси незворотні.

При дифузії вирівнювання концентрацій відбувається спонтанно. Зворотний же процес сам по собі ніколи не піде: ніколи мимовільно суміш газів, наприклад, не розділиться на складові її компоненти. Отже, дифузія - незворотний процес.

Теплообмін, як показує досвід, також є односторонньо спрямованим процесом. В результаті теплообміну енергія передається сама по собі завжди від тіла з вищою температурою до тіла з більш низькою температурою. Зворотний процес передачі теплоти від холодного тіла до гарячого сам по собі ніколи не відбувається.

Незворотним є також процес перетворення механічної енергії у внутрішню при непружного ударі або при терті.

Існують кілька формулювань другого закону термодинаміки. Одна з них належить німецькому вченому Р. Клаузиса -

«Неможливий процес, єдиним результатом якого був би перехід кількості теплоти від холодного тіла до гарячого».

Іншими словами, теплообмін в замкнутій системі може відбуватися тільки в одному напрямку - від гарячого тіла до холодного.

Вічний двигун першого роду - безперервно або періодично діюча машина, яка здійснювала б роботу, велику підводиться до неї ззовні енергії, порушує закон збереження енергії, він же перший початок термодинаміки

З другого закону термодинаміки випливає неможливість створення вічного двигуна другого роду. тобто двигуна, який би здійснював роботу за рахунок охолодження будь-якого одного тіла.

Статистичне тлумачення незворотності процесів в природі

Пронумеруємо молекули цифрами 1, 2, 3, 4.

Можливі 16 різних микросостояний, всі вони зображені на малюнку

Імовірність того, що всі молекули зберуться в лівій половині судини, дорівнює:

Імовірність же того, що молекули розподіляться порівну, буде в 6 разів більше:

Імовірність того, що в одній половині судини, наприклад лівої, буде три молекули, а в інший відповідно одна молекула, дорівнює

Велику частину часу молекули будуть розподілені в половинках судини порівну: це найбільш ймовірне стан.

Молекули ідеального газу рухаються практично незалежно один від одного. Для однієї молекули ймовірність того, що вона виявиться в лівій половині судини, дорівнює, очевидно, 1/2. Така ж можливість і для іншої молекули. Ці події незалежні, і ймовірність того, що перша і друга молекули виявляться в лівій половині судини, дорівнює добутку ймовірностей подію: 1/2 • 1/2 = 1/4 = 1/22.

Для трьох молекул ймовірність їх знаходження в лівій половині судини дорівнює 1/23, а для чотирьох - 1/24. Саме таке значення ймовірності ми і отримали при детальному розгляді розподілу молекул по судині.

Але якщо взяти реальне число молекул газу в 1 см3 при нормальних умовах (n = 3 • 1019), то ймовірність того, що молекули зберуться в одній половині посудини об'ємом 1 см3, буде зовсім незначна:

Таким чином, тільки через велику кількість молекул в макросистемах процеси в природі виявляються практично незворотними. В принципі зворотні процеси можливі, але ймовірність їх близька до нуля. Чи не суперечить, строго кажучи, законам природи процес, в результаті якого при випадковому русі молекул всі вони зберуться в одній половині класу, а учні в іншій половині класу задихнуться. Але реально це подія ніколи не відбувалося в минулому і не відбудеться в майбутньому. Занадто мала ймовірність подібного події, щоб воно коли-небудь трапилося за весь час існування Всесвіту в сучасному її стані - близько декількох мільярдів років.

За приблизними оцінками, ця ймовірність приблизно такого ж порядку, як і ймовірність того, що 20 000 мавп, хаотично б'ючи по клавішах друкарських машинок, надрукують без єдиної помилки «Війну і мир» Л. М. Толстого. В принципі це можливо, але реально ніколи не станеться.

Незворотність процесів в природі пов'язана з прагненням систем до переходу в найбільш ймовірне стан, якому відповідає максимальний безлад.