Второе начало термодинамики самопроизвольный процесс

Второе начало термодинамики говорит о том, что самопроизвольно теплота передается от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой и никогда наоборот. Получение же холода связано как раз с передачей теплоты от менее нагретого тела к более нагретому, т. е. с переносом теплоты с низшего температурного уровня на высший. Такой перенос возможен только с затратой работы. В качестве переносчика теплоты с низшего температурного уровня на высший используется специальное рабочее вещество-хладагент, совершающее круговой процесс. Идеальным круговым процессом является обращенный цикл Карно (рис. 39). [c.121]

На противоположном конце нашего ряда, во второй группе, находятся явления, которые не зависят от строения микроскопических частиц и специфических взаимодействий между ними, а следовательно, и от конкретных механизмов протекания процессов. Такие явления обусловлены интегральными свойствами характеристического ансамбля с колоссальным количеством "безликих" и независимых друг от друга участников. К ним относятся многие процессы, протекающие в газах, жидкостях, твердых телах диффузия, теплопроводность, растворимость, осмос, кинетика химических реакций и т.п. Описание поведения таких систем вне компетенции классической физики и квантовой механики. Это область равновесной термодинамики и статистической физики. Построение "науки о тепле" началось на чисто феноменологической основе с постулирования двух универсалей - принципа сохранения энергии и принципа возрастания энтропии. Установление второго начала термодинамики и введение понятия о необратимости самопроизвольно протекающих процессов существенно обогатили представление о времени. Обнаружилось неведомое для классической физики его свойство - направленность, критерием которой служит знак изменяющейся по ходу необратимого процесса энтропии. [c.21]

Линейная термодинамика неравновесных процессов не объяснила способность открытых систем к самоорганизации и не решила принципиальный вопрос о совместимости второго начала термодинамики с процессами структурирования и, следовательно, не устранила противоречивость физической и биологической формулировок эволюционных идей. Таким образом, не удалась попытка создать общую теорию неравновесных процессов путем минимальной коррекции основ равновесной термодинамики, без внесения в термодинамическое рассмотрение качественно новых элементов. Тем не менее проделанная работа сыграла важную роль в последующем 4>азвитии термодинамического подхода. Она явилась началом движения в правильном направлении, а именно в направлении изучения свойств стационарных процессов открытых систем при удалении от положения равновесия. Линейная неравновесная термодинамика показала (и в этом ее принципиальное достижение), что непременными условиями структурирования открытых систем являются, во-первых, наличие взаимообусловленности между свойствами макроскопической системы и ее микроскопических составляющих и, во-вторых, взаимодействие с привносящей негэнтропию окружающей средой. Дальнейшие исследования вскоре привели к широким обобщениям и формулировке ряда характерных особенностей термодинамических моделей самопроизвольной пространственной и временной структурной организации и, таким образом, к становлению нелинейной неравновесной термодинамики. [c.448]

В основе термодинамического анализа равновесных состояний систем и направленности протекающих в системах процессов лежит второй закон ( второе начало ) термодинамики. Как и первый закон, он имеет характер аксиомы, обобщающей эмпирические сведения. Для него также предложено много различных формулировок, из которых наиболее часто используют следующие невозможен самопроизвольный переход энергии (в форме теплоты) от менее нагретого тела к более нагретому [c.69]

По постановке данная проблема сходна с проблемой классической термодинамики о предсказании направления самопроизвольных необратимых процессов в изолированной системе второе начало термодинамики требует, чтобы в последнем случае эти изменения происходили в направлении увеличения энтропии. При этом энтропия достигает своего максимального значения в конечном равновесном состоянии. [c.339]

Второе начало термодинамики указывает на то, что внутренняя энергия системы состоит из свободной и связанной энергий. В самопроизвольном процессе освобождается только первая. Связанная энергия оказывается всегда тепловой энергией и при равновесных процессах равна 6С = Г(15, где 5 — функция состояния, называемая энтропией. [c.63]

Направленность превращения энергии, т. е. направление процесса при данных условиях температуры, давления и концентрации без сообщения энергии извне, определяется вторым началом термодинамики. Именно второе начало термодинамики дает возможность разделить все допускаемые первым началом термодинамики процессы на самопроизвольно и несамопроизвольно протекающие в данных условиях (опыт 33). [c.77]

Второе начало термодинамики, так же как и первое, не может быть найдено из каких-либо общих положений, а устанавливается на основании опыта. Оно дает возможность разделить все допускаемые первым началом процессы на самопроизвольно и несамопроизвольно протекающие в данных условиях. При формулировке второго начала часто исходят из невозможности некоторого процесса. [c.77]

Обе приведенные формулировки второго начала термодинамики fie связаны с какими-либо конкретными представлениями о строении материи. Однако, как впервые показал Л. Больцман (1896), содержание второго закона обусловлено особенностями строения, а именно молекулярной природой вещества. Иными словами, второе начало (в отличие от первого) относится исключительно к системам из большого числа частиц, т. е. таким, поведение которых может быть охарактеризовано статистическими величинами, например температурой и давлением. В связи с этим с точки зрения молекулярно-кинетических представлений второе начало термодинамики можно сформулировать следующим образом все процессы, происходящие в природе, стремятся перейти самопроизвольно от состояния менее вероятного к состоянию более вероятному. Для молекул наиболее вероятным является беспорядочное, хаотичное движение, т. е. тепловое движение. Работа характеризуется более или менее упорядоченным движением частиц, каковое является менее вероятным. Отсюда самопроизвольный переход работы в теплоту можно рассматривать как переход молекулярной системы от упорядоченного движения частиц к более вероятному — хаотическому. [c.65]

Таким образом, флуктуация представляет собой явление, как бы обратное явлению диффузии, хотя оба они — результат теплового движения. Если диффузия как всякий самопроизвольный процесс должна, в соответствии со вторым началом термодинамики, идти необратимо, то флуктуация указывает на то, что второе начало термодинамики имеет статистический характер, т. е. оно неприменимо к отдельным индивидуальным частицам или к малому числу их. В обоих явлениях мы видим одно из доказательств справедливости закона материалистической диалектики—единства противоположностей. [c.303]

Обратите внимание на то, что во всех формулировках второго начала термодинамики содержатся указания на невозможность самопроизвольного протекания определенных процессов. Здесь имеется в виду, что эти процессы не являются соверщенно невозможными. Они наблюдаются в действительности и даже могут встречаться очень часто, но не могут протекать самопроизвольно, без компенсации. [c.81]

Второе начало термодинамики, наоборот, позволяет судить о направлении самопроизвольных процессов и совместно с первым началом устанавливает множество точных количественных соотношений между различными макроскопическими параметрами систем в состоянии термодинамического равновесия. [c.35]

Таким образом, всякий самопроизвольный процесс в изолированной системе характеризуется возрастанием энтропии. В отличие от первого начала термодинамики/ имеющего абсолютный характер, второе начало термодинамики — закон вероятностный. Поэтому увеличение энтропии является лишь наиболее вероятным путем развития процесса. [c.11]

Смысл и значение второго начала термодинамики заключается в том, что оно устанавливает, какие из возможных процессов могут самопроизвольно протекать в данной системе при заданных условиях, какое количество полезной работы при этом может быть получено каков предел самопроизвольного течения процессов, т. е. каково состояние равновесия систем при заданных условиях. [c.102]

Имеется много различных формулировок второго начала термодинамики, все они логически связаны между собой. В качестве основной формулировки можно принять постулат Клаузиуса (1850 г.), по которому теплота самопроизвольно не может переходить от холодного тела к горячему. Подобное утверждение, но в несколько иной форме, было высказано М. В. Ломоносовым еще в 1747 г. Смысл приведенной формулировки второго начала термодинамики достаточно ясен и не может вызвать каких-либо сомнений. Действительно, все мы хорошо знаем, что самопроизвольный переход тепла возможен только от горячего тела к холодному и этот процесс [c.42]

В соответствии со смыслом функции S можно дать следующее определение в изолированной системе самопроизвольные процессы протекают в сторону увеличения энтропии. Таким образом, если в результате процесса Дб > О, то процесс термодинамически возможен, если же AS < О, то его самопроизвольное протекание в изолированной системе исключается. Приведенная формулировка составляет смысл второго начала термодинамики для изолированных систем. [c.128]

Из формулировки второго начала термодинамики следует, что в изолированной системе при самопроизвольном процессе энтропия возрастает. Система будет самопроизвольно стремиться к макросостоянию с максимальным Ж. Отсюда энтропию можно рассматривать как меру хаоса системы. [c.20]

Невозможен вечный двигатель второго рода т е невозможна такая периодически действующая машина которая позволяла бы получать работу только за счет охлаждения источника теплоты Может создаться впечатление что эти формулировки отно сятся к различным явлениям и совершенно независимы Однако они тесно связаны друг с другом и вытекают одна из другой Обратите внимание на то что во всех формулировках второго начала термодинамики содержатся указания на невозможность самопроизвольного протекания определенных процессов Здесь имеется в виду, что эти процессы не являются совершенно невоз можными Они наблюдаются в действительности и даже могут встречаться очень часто но не могут протекать самопроизвольно без компенсации [c.81]

Термодинамика как научная дисциплина сложилась в начале XIX в. на основании данных по изучению перехода теплоты в механическую работу (с греческого Легте и dynamis — теплота и движение). В настоящее время термодинамика как одна из дисциплин с наиболее общим подходом в характеристике физико-химических явлений, устанавливает взаимосвязь между различными видами энергии, изучает возможность, направленность и пределы самопроизвольно текущих процессов. Раздел этой науки, изучающий химические реакции, фазовые переходы (кристаллизация, растворение, испарение), адсорбцию, взаимосвязь химической и других видов энергии, а также переход энергии от одной части системы к другой в различных химических процессах называется химической термодинамикой. Изучение происходящих в природе явлений с позиций термодинамики не требует знания причин и механизмов идущих процессов, представлений о строении вещества и т. п. Теоретическо базой этого раздела физической химии являются основные законы — первое и второе начало термодинамики. Первое начало, характеризующее общий запас энергии в изолированной системе, носит всеобщий характер и является отражением закона сохранения энергии второй закон термодинамики устанавливает понятие энтропии и выполняется при определенных ограничениях. В настоящей главе представляется возможным только кратко остановиться на основных положениях. [c.10]

Согласно предложенной феноменологической бифуркационной теории, самосборка белка осуществляется в неравновесной термодинамической системе, состоящей из двух подсистем - одиночной полипептидной цепи и водного окружения. Возникновение в такой системе процесса свертывания белковой цепи и его самопроизвольное развитие от беспорядка к порядку без нарушения второго начала термодинамики обусловлены неоднородностью случайных изменений флуктуирующей белковой цепи - наличием наряду с множеством обратимых равновесных флуктуаций также необратимых (неравновесных, бифуркационных) флуктуаций, определяемых конкретной аминокислотной последовательностью и текущим конформационным состоянием. Последовательная реализация специфического для данной аминокислотной последовательности набора бифуркационных флуктуаций завершается созданием трехмерной структуры белка. Вызванное спонтанным процессом свертывания уменьшение энтропии одной подсистемы - гетерогенной полипептидной цепи - компенсируется повышением энтропии другой подсистемы - окружающей среды (см. разд. 2.1). [c.586]

Если же значения действительных концентраций в контактирующих фазах отличаются от значений, предписанных равновесным соотношением, то возникает направленный поток целевого компонента, стремящийся изменить действительные концентрации компонента в сторону приближения их к равновесному соотношению. Это обстоятельство является следствием второго начала термодинамики, согласно которому в неравновесных системах возникают самопроизвольные процессы, стремящиеся изменить параметры системы в направлении достижения ее равновесного состояния. [c.343]

Так как самопроизвольные (естественные) процессы совер. шаются в направлении падения потенциала (таков, например-перенос заряда в электрическом поле), то уменьшение изобар, иого потенциала (Д2<0) отвечает самопроизвольной реакции-Важным следствием второго начала термодинамики является, таким образом, возможность по знаку величины Д2 определять направление реакции, а по абсолютной величине ДЕ оценивать ее движущую силу , или, как часто говорят, величину химического сродства . [c.33]

Второе начало термодинамики определяет, какие из мыслимых процессов могут в данной системе протекать самопроизвольно в рассматриваемых условиях температуры, давления и концентраций, каково количество работы, которая может быть получена при этом, и каков предел возможного самопроизвольного течения этих процессов, т. е. каково состояние равновесия в рассматриваемых условиях. [c.133]

Второе начало термодинамики устанавливает, что для всех химических и физических процессов, протекающих в любой системе при данных условиях ее существования, всегда существует некоторый общий, единый критерий, которым определяются возможность, направление и предел самопроизвольного протекания этих процессов для любых других условий существуют другие подобные критерии. Этими критериями служат некоторые термодинамические функции. Для систем изолированных, т. е. лишенных возможности обмена энергией или веществом с окружающей средой и сохраняющих постоянный объем, таким кри" терием является термодинамическая функция, называемая энтропией и обозначаемая буквой 5. [c.134]

Мы видим в каждом из этих примеров, что если надлежащим образом управлять процессом достижения равновесия, то одновременно система будет совершать возможную работу над средой. Если же система никак не связана с окружающей средой, а ее начальное состояние является неравновесным, то энергия, эквивалентная работе, которая могла бы быть совершена, рассеивается в виде тепла. Отсюда мы делаем вывод, что самопроизвольные изменения, протекающие в изолированной механической системе, сопровождаются необратимой потерей свободной энергии или потенциала и выделением теплоты, связанной с этой потерей, до тех пор, пока не достигается состояние с минимальной потенциальной энергией или с минимальной свободной энергией. Это утверждение содержит основную мысль второго начала термодинамики. [c.44]

Второе начало термодинамики -позволяет определить направление процессов, которые в природе протекают самопроизвольно (см. гл. П, 7). Как мы видим, выделение тепла связано с увеличением термической энергии, то есть энергии хаотического движения. Выделение тепла есть всеобщее явление, поскольку упорядоченное движение легко становится хаотическим. Обратить этот процесс, то есть перевести тепло в, другой вид энергии, гораздо труднее, так как хаотическое движение само по себе не становится упорядоченным, а рассеянная термическая энергия не концентрируется сама по себе, чтобы вновь стать энергией упорядоченного движения. [c.84]

Химическое сродство веществ непосредственно измерить нельзя. В середине XIX в. М. Бертло и Ю. Томсен в качестве меры химического сродства предложили считать тепловой эффект реакции. По их мнению, чем больше теплоты выделяется ири реакции, тем больше способность веществ к взаимодействию, т. е. химическое сродство. Однако русский ученый А. Л. Потылицын и голландский физико-химик Я. Вант-Гофф показали, что это утверждение неверно, противоречит самопроизвольному протеканию многочисленных эндотермических процессов и справедливо только при абсолютном нуле. Применив второе начало термодинамики к химическим процессам, Вант-Гофф пришел к выводу, что реакции идут самопроизвольно не в сторону выделения теплоты, а в нап-равлеиии уменьшения свободной энергии системы. [c.159]

Второе начало термодинамики указывает, что тепло не может самопроизвольно переходить от холодного тела к более теплому, независимо от превращения энергии в промежуточных, процессах. [c.18]

Таким образом, флуктуация плотности заключается в неравномерном распределении движущихся частиц в микрообъемах газовых и жидких систем в различные моменты наблюдения и, следовательно, представляет собою явление, обратное явлению диффузии. Если при диффузии происходит самопроизвольное рассеяние частиц и выравнивание концентрации, то при флуктуации, наоборот, происходит нарушение концентрации и сгущение частиц. Если диффузия, как всякий самопроизвольный процесс, должна, в согласии со вторым началом термодинамики, идти необратимо, то флуктуация указывает, что второе начало термодинамики носит статистический характер и неприменимо к отдельным индивидуальным частицам. В этом мы видим новое доказательство справедливости закона материалистической диалектики—единства противоположностей. [c.45]

Если историческое развитие науки действительно представляет собой самопроизвольный статистико-детерминистический процесс совершенствования структурной организации научного мировоззрения, то механизм этого процесса должен описываться бифуркационной термодинамической моделью. Следовательно, ему должны быть свойственны закономерности, присущие явлениям возникновения из хаоса пространственно-временных упорядоченных структур как в естественных, так и в экспериментальных диссипативных системах. Непременное условие появления такой структуры заключается в энергетическом и/или материальном обмене диссипативной системы с окружающей средой. В отличие от самопроизвольных равновесных процессов, при которых все части системы хаотизируются и, следовательно, вносят положительный вклад в общее увеличение энтропии, в нелинейных неравновесных процессах в закритической области имеет место диспропорционирование энтропии между подсистемами, происходящее без нарушения второго начала термодинамики. Уменьшение энтропии при создании упорядоченной структуры сопровождается одновременным, большим по абсолютной величш1е, увеличением энтропии остальной части изолированной системы. Сходство в этом отношении эволюции научного мировоззрения с известными процессами структурной самоорганизации физических, химических и биологических открытых систем представляется очевидным. [c.27]

Второе начало термодинамики позволяет ввести новые важные функции состояния энергию Гельмгольца F = LJ—TS и энергию Гиббса G = H—TS = U + pv—TS = F+pv. Величины F и G удобны для определения возможностей протекания процессов в неизолированных системах. Для самопроизвольных неравновесных процессов при Т, и— onst справедливо dF = —6Q <0, а при Т, р — onst dG = —6Q <0, т. е. в самопроизвольных неравновесных процессах F и G уменьшаются. [c.20]

Согласно второму началу термодинамики все самопроизвольные необратимые процессы в изолированных системах сопровождаются ростом энтропии. Это свойство эт 1тропии хорошо объяснил создатель статистической физики Л. Больцман, показавший, что второе начало термодинамики представляет собой следствие естественного перехода всякой изолированной системы от состояний маловероятных к состояниям более вероятным, т. е. оно представляет собой статистический закон, обладающий большой точностью только для большого числа частиц (макросистем). Движение одной изолированной молекулы можно хорошо описать. Труднее описать систему из двух и более взаимодействующих частиц. Системы из большого числа частиц хорошо описываются при помощи теории вероятности. [c.148]

Причиной самопроизвольной эволюции замкн /той системы к состоянию с минимумом термодинамического потенциала является второе начало термодинамики, которое требует обязательности увеличения энтропии 5 в изолированной системе при протекании в ней необратимых процессов. Однако путь такой эволюции классическая равновесная термодинамика предсказать не может. [c.289]

На вопрос о том, возможен или невозможен процесс при данных условиях, дает ответ второе начало термодинамики, которое, как и первое начало, оперирует лишь с начальным и конечным состояниями системы. Чтобы по заданным начальному и конечному состояниям системы определить направление перехода системы из одного состояния в другое при данных условиях, надо найти такие термодинамические свойства системы, которые при любом самопроизвольном процессе при данных условиях или увеличиваются, или уменьшаются, причем при равновесном состоянии эти свойства достигают соответственно максимального или минимального значений. Второе начало термодинамики показывает, что такими свойствами системы являются в общем случае энтропия (5) и в частных случаях изохорный (F) и изобараный (Z) потенциалы. Энтропия является критерием возможности направления и предела течения процессов в изолированных системах, а изохорный потенциал при V, Т — onst и изобарный потенциал при Р, Т = onst — в неизолированных системах. Прежде чем перейти к более подробному анализу этих свойств системы, необходимо рассмотреть содержание и смысл второго начала термодинамики. [c.82]

Так как очевидно, что невозможно искать критерий направления отдельно для любого мыслимого конкретного процесса в любой системе, то логическая природа второго начала термодинамики такова рассматривается какой-нибудь один по возможности простой процесс, для которого многовековой практический ошлт всего человечества позволяет четко указать, какое направление самопроизвольно, а какое несаыопроизвольно. После этого принимается в качестве постулата утверждение о неосуществимости в природе самопроизвольного протекания рассматриваемого процесса в одном из направлений. Опираясь на этот постулат, доказывается, что в природе существует некоторая функция состояния, знак изменения которой в любом мыслимом процессе, а не только в том, который был выбран для формулировки исходного постулата, позволяет однозначно определять, какие прсцессы самопроизвольны, а какие нет. [c.35]

Второе начало термодинамики дает возможность разделить все допускаемые первьгм законом термодинамические процессы на самопроизвольные и несамопроизвольные, протекающие в данных условиях. Второй закон отрицает возможность обращения самопроизвольного процесса без внешнего воздействия. [c.45]

Второе начало термодинамики, выраженное в понятиях вероятностей, не исключает, например, процессы перехода теплоты от холодного тела к горячему, по расчет вероятностей показывает, что протекание такого макроскопического процесса столь маловероятно, что практически он неосуществим. Возможны самопроизвольные процессы, сопровождающиеся уменьшением энтропии. Например, для малых объемов газа с содержанием в них небольшого числа молекул наблюдается нарушение равномерного распределения плотности. Другим примером возникновения в системе процессов, протекающих с нарушением второго начала термодинамики, можно назвать броуновское движение. В микрообъемах коллоидных растворов могут наблюдаться изменение числа частиц во времени, связанные с неравномерностью молекулярного давления на коллоидную частицу. Однако в макрообъемах эти нарушения утрачивают значение. [c.87]

Второе начало термодинамики лежит в основе важнейшего раздела Х.т.- учения о хим. и фазовом равновесиях. Онс определяет направление, в к-ром в данных условиях может самопроизвольно совершаться процесс в рассматриваемой системе. Принцип равновесия Fii66 a дает количеств, критерий для установления направленности процесса в заданных условиях и дая определения положения равновесия в системе В зависимости от условий изоляции системы принцип равновесия формулируется через разл. термодинамич. ф-ции (см Термодинамическое равновесие). В изолированных система. процессы характеризуются изменениями энтропии Д5 самопроизвольное течение процесса возможно только в направлении увеличения энтропии. Для процессов, происходящих при постоянных т-ре Т и давлении р, рассматривают изобар-но-изотермич. потенциал (энергию Fii66 a, или ф-цию Гив са) G = H- TS, где Я - энтальпия системы для процессов, происходящих при постоянной т-ре, AG = AH-TAS. Самопроизвольное течение процесса возможно только в направлении, к-рому отвечает уменьшение G, а пределом процесса [c.236]

Установление второго начала термодинамики и введение понятия о необратимости самопроизвольно протекающих процессов качественно изменили научное представление о времени. Обнаружилось неведомое для классической физики (а позднее квантовой механики) его свойство -направленность, критерием которой для процессов в изолированных системах служит изменение энтропии, названное в связи с этим А. Эддингтоном "стрелой времени" [23. С. 68]. Теория деградации структур, выравнивания свойств всех составляющих системы во всех возможных отношениях не может естественным образом описать феномен жизни, ее возникновение, усложнение и совершенствование. Перенесение этой концепции на мир в целом ведет, с одной стороны, к идеям креационизма и катастрофизма Ж. Кювье, а с другой - к идее У. Томпсона и Р. Клаузиуса о "тепловой смерти", в конечном счете к теологическим воззрениям на сотворение и конец мироздания. [c.47]

Материальный и энергетический обмен диссипативной системы со средой (первое условие) происходит без нарушения второго начала термодинамики. В данном случае оно проявляется в более общем виде и относится к изолированной системе, в которую открытая диссипативная структура входит как подсистема. В отличие от самопроизвольных равновесных процессов, при протекании которых все части системы хаотизируются и, следовательно, вносят положительный вклад в общее увеличение энтропии, в нелинейных неравновесных процессах происходит диспропорционирование энтропии. Уменьшение энтропии при создании упорядоченной диссипативной структуры сопровождается одновременным увеличением энтропии остальной части изолированной системы. Второе условие означает невозможность описания диссипативной системы с помощью аппарата линейной термодинамики неравновесных процессов, а третье утверждает качественное отличие диссипативной структуры от равновесного [c.91]

Второе начало термодинамики устанавливает, что в изолированных системах могут самопроизвольно происходить только такие процессы, при которых энтропия системы возрастает. Такой процесс может итти самопроизвольно только до тех пор, пока не наступит состояние, при котором энтропия достигает некоторого максимального для данных условий значения. [c.134]

Понятие энтропии лежит в основе второго начала термодинамики, которое часто называют также законом энтропии. Существует много формулировок этого закона — в зависимости от той области, где его применяют (механика, теплотехника, электродинамика, химия и др.). Одна из важнейших ( юрмулировок для химической термодинамики в изолированных термодинамических системах самопроизвольно могут протекать только такие процессы (в том числе и химические реакции), при которых энтропия системы возрастает. [c.169]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология