Định luật thứ hai của trạng thái nhiệt động lực học là gì?

Câu trả lời:

Có nhiều tuyên bố khác nhau liên quan đến định luật nhiệt động thứ hai. Tất cả chúng đều tương đương logic. Các tuyên bố hợp lý nhất là một liên quan đến tăng entropy.

Vì vậy, hãy để tôi giới thiệu các tuyên bố tương đương khác của cùng một luật.

Tuyên bố của Kelvin-Planck -

Không có quy trình tuần hoàn nào có thể có kết quả duy nhất là sự chuyển đổi hoàn toàn nhiệt thành một lượng công việc tương đương.

Tuyên bố của Clausius -

Không có quá trình tuần hoàn là có thể mà tác dụng duy nhất của nó sẽ là sự truyền nhiệt từ cơ thể lạnh hơn sang cơ thể nóng hơn.

Giải trình:

Tất cả các quá trình không thể đảo ngược (tự nhiên và tự phát) được đặc trưng bởi thực tế là entropy luôn tăng trong các quy trình như vậy.

Và định luật thứ hai của nhiệt động lực học có nghĩa là entropy luôn có xu hướng tăng.

Một hệ thống vật lý sẽ luôn luôn tiến tới trạng thái entropy tối đa.

Nói cách khác, luật thứ hai quy định hướng tiến hóa của một quá trình tự nhiên.

Các hệ thống tự nhiên luôn có xu hướng tối đa hóa entropy của chúng.

Và đó là những gì luật thứ hai là tất cả về.

Ví dụ, xem xét sự truyền nhiệt từ cơ thể này sang cơ thể khác do sự chênh lệch nhiệt độ.

Nhiệt luôn truyền từ cơ thể nóng hơn sang người lạnh hơn một cách tự nhiên. Nhưng, không ai từng quan sát sự truyền nhiệt tự phát từ cơ thể lạnh hơn sang cơ thể nóng hơn.

Mặc dù hiện tượng như vậy được cho phép bởi luật đầu tiên, các quá trình như vậy không bao giờ xảy ra một cách tự nhiên. Đó là bản chất của luật thứ hai.

Nhiệt được truyền từ một cơ thể nóng hơn sang một cơ thể lạnh hơn bởi vì nó đi kèm với sự gia tăng entropy, nhưng, điều ngược lại không bao giờ xảy ra bởi vì như vậy entropy của hệ thống được yêu cầu phải giảm.

Đó là tất cả những gì tuyên bố của Clausius.

Có thể chứng minh rằng tất cả các tuyên bố của luật thứ hai là hoàn toàn tương đương và xoay quanh cùng một khái niệm trung tâm về tăng entropy.

Có thể lưu ý rằng, việc truyền nhiệt từ cơ thể lạnh hơn sang cơ thể nóng hơn là có thể (như trong tủ lạnh hoặc máy điều hòa không khí). Luật thứ hai nói rằng một quá trình như vậy tuy nhiên không tự phát và tự nhiên. Để một quá trình như vậy diễn ra, công việc bên ngoài là cần thiết.