열역학의 제 2 법칙

열역학은 잠재력, 운동, 빛, 기계 등과 같은 열과 에너지의 관계에 대한 연구입니다.

일반적으로 우리는 열역학의 다음과 같은 법칙을 연구합니다.

Zeroth 열역학 법
열역학의 첫 번째 법칙
열역학 제 2 법칙
열역학의 제 3 법칙

여기서 우리는 예제와 함께 열역학의 제 2 법칙을 자세히 이해합니다.

제 2 법률 상태

“자발적인 자연 과정은 전체적으로 엔트로피를 증가시킵니다.”

우리는 이것을 그렇게 이해할 수 있습니다.

"열을 자발적으로 고온 영역에서 온도 저 지역까지만 수행 할 수 있습니다."

비가역성의 예는 전도에 의한 열을 전달하는 것입니다. 온도가 다른 두 몸의 몸이 항상 더운 몸에서 차가운 몸으로 흐르는 것은 알려진 사실입니다.

열역학 제 2 법칙의 엔트로피 진술

“모든 자발적인 과정에서 우주의 엔트로피가 증가합니다.”

켈빈 플랑크의 진술

"단일 열원에서 작동하고 모든 열을 완전히 작업으로 변환 할 수있는 장치 (주기에서 작동)를 구성하는 것은 불가능합니다."

Clausius의 진술

"열 자체는 차가운 몸에서 더운 몸으로 흐를 수 없습니다."

설명 :

두 번째 법률은

입니다

Entropy S로 알려진 유용한 상태 변수가 있습니다

폐쇄 시스템 (ΔS)의 엔트로피의 변화는 온도 T로 나눈 열 전달 (ΔQ)과 동일합니다.

Δ s =Δ q / t

주어진 물리적 프로세스의 경우 프로세스를 되돌릴 수있는 경우, 우주의 총 엔트로피, 즉 시스템과 주변은 일정하게 유지됩니다.

시스템의 초기 및 최종 상태를“I”와“F”로 각각 나타내면 :

sf =si (가역적 프로세스)

두 번째 법칙에 따르면 물리적 프로세스가 돌이킬 수없는 경우 시스템의 결합 된 엔트로피와 환경을 증가시켜야합니다.

돌이킬 수없는 과정의 경우 최종 엔트로피는 초기 엔트로피보다 높아야합니다.

sf> si (돌이킬 수없는 과정)

예 :

뜨거운 물건은 차가운 것과 접촉하여 동일한 평형 온도를 달성합니다. 항목을 분리 한 후, 평형 온도는 남아 있으며 초기 온도로 자연스럽게 돌아 오지 않습니다. 이것은 돌이킬 수없는 과정입니다.

엔트로피 측면에서 열역학의 제 2 법칙

"시스템의 완전한 엔트로피와 주변 환경은 자발적인 과정에서 증가합니다."

열역학적으로

로 표시 될 수 있습니다

gibbs 자유 에너지 및 과정의 자발성 :

또는

깁스 자유 에너지 측면에서 자발성의 기준은 열역학 제 2 법칙에 의해 명시된 것과 동일하다 :

시스템의 총 엔트로피 변경 및 프로세스와의 주변은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

∆ S Total =∆ S Sys + ∆ S Surr.

자발적 프로세스를 위해 제 2 법칙에 의해,

∆ s 총> 0.

+∆H가 과정의 엔탈피 증가 또는 일정한 온도 (t) 및 압력에서의 반응에 대한 엔탈피 증가 인 경우, 주변 환경의 엔탈피 감소는 -∆H입니다.

t ∆ s Total =t ∆ s sys - ∆ h.

-T ∆ S TOTAL =-T ∆ S SYS + ∆ H.

-T ∆ S TOTAL =∆ H -T ∆ S SYS

Gibbs 방정식

∆G =∆H - T∆S

위의 두 방정식에 의해

∆G =-t ∆ s Total

∆ S가 증가함에 따라 ∆G가 감소합니다.

자발적 공정의 경우 ∆ S Total> 0

이것은 열역학 제 2 법칙에 따른 것입니다.

∆G <0.

따라서 자발적인 과정에서 Gibbs 자유 에너지는 감소하고 (∆G <0), 엔트로피가 증가하는 반면 (∆ S> 0).

따라서 자발적이지 않은 과정의 경우 깁스의 자유 에너지가 증가합니다 (∆G> 0)

평형의 과정에서 ∆G =0,

로 해석 될 수 있습니다.

결론

∆G <0.
자발적이지 않은 프로세스 ∆G> 0.
평형 ∆G =0에서 프로세스의 경우.

열역학 제 2 법칙의 예 :

물은 항상 더 높은 수준에서 자발적으로 낮은 수준으로 흐릅니다.

위의 이미지에서는 물이 항상 아래로 흐르고 자동으로 위로 올라가지 않는다는 것을 알 수 있습니다.

뜨거운 차가 자발적으로 차가워 지지만 자동으로 다시 뜨거워 질 수는 없습니다.

풍선 자체에서 공기 누출은 자발적인 과정의 예입니다.

우리는 공기가 풍선 자체로 들어 가지 않는다는 것을 알고 있습니다. 이것은 열역학 제 2 차 법칙의 엔트로피 진술을 기반으로 설명 할 수 있습니다.

4. 두 가스가 자동으로 혼합 될 것입니다. 자발적인 과정의 예입니다.

위의 다이어그램에서 가스가 스스로 혼합 될 것이라는 것이 분명합니다. 이는 열역학 제 2의 법칙의 예입니다.

석재 자체가 자발적인 과정의 예입니다.

상기 돌로 떨어지는 과정은 자발적인 과정이며 우주의 엔트로피가 증가 함을 나타냅니다.

얼음 자체가 자발적인 과정의 예입니다.

얼음이 녹는 과정은 자발적인 과정이며 우주의 엔트로피가 증가 함을 나타냅니다.

가스는 용기의 전체 부피를 차지합니다.

닫힌 용기에 가스를 삽입하면 가스는 용기의 전체 공간을 차지합니다.

8. 방에서 향을 태운 후, 향기가 방 전체에 퍼집니다. 자발적인 과정이며 우주의 엔트로피가 증가합니다.

Kelvin Planck의 진술을 기반으로 한 예

자동차 및 자전거 엔진 엔진은 열역학 제 2 차 법칙의 예입니다.

우리는 Kelvin Planck의 진술 :

"단일 열원에서 작동하고 모든 열을 완전히 작업 할 수있는 장치 (주기에 존재하는)를 만드는 것은 불가능합니다."

자동차 및 자전거 엔진에는 더 높은 온도 저장소 (열이 생성되는 곳)와 온도 저장소 (열이 방출되는 곳)가 있습니다.

따라서 켈빈 플랑크 (Kelvin Planck)의 진술에 따르면 엔진에 대한 두 개의 열 저장소 (하나는 더 높은 온도에서, 다른 하나는 더 낮은 온도에서)가 작동해야합니다.

Clausius의 진술에 근거한 예

Clausius의 진술에 따르면 :

"열 자체는 더 차가운 물체에서 더 뜨거운 물체로 흐를 수 없습니다."

전기를 사용하여 열 흐름 방향을 바꾸는 냉장고

냉장고에서 열은 (냉장고 내부) 더 낮은 온도에서 더 높은 온도 (냉장고 외부)로 이동합니다. 이 냉장고에 외부 전기 에너지를 공급하기 때문에 열 흐름이 가능합니다. 이 전기 에너지는 냉장고 압축기에서 기계 작업을 생성하기 위해 사용됩니다.