Der erste Hauptsatz der Thermodynamik bezieht sich auf die Energieerhaltung, während der zweite Hauptsatz der Thermodynamik argumentiert, dass einige der thermodynamischen Prozesse unzulässig sind und nicht vollständig dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik folgen.
Das Wort " Thermodynamik " leitet sich von den griechischen Wörtern ab, wobei "Thermo" Wärme und "Dynamik" Leistung bedeutet. Thermodynamik ist also das Studium von Energie, die in verschiedenen Formen wie Licht, Wärme, elektrischer und chemischer Energie vorliegt.
Die Thermodynamik ist ein sehr wichtiger Bestandteil der Physik und ihrer verwandten Gebiete wie Chemie, Materialwissenschaften, Umweltwissenschaften usw. In der Zwischenzeit bedeutet "Gesetz" das System der Regeln. Daher befassen sich die Gesetze der Thermodynamik mit einer der Energieformen, nämlich der Wärme, deren Verhalten unter verschiedenen Umständen der mechanischen Arbeit entspricht.
Obwohl wir wissen, dass es vier Gesetze der Thermodynamik gibt, beginnend mit dem nullten Gesetz, dem ersten Gesetz, dem zweiten Gesetz und dem dritten Gesetz. Am häufigsten werden jedoch das erste und das zweite Gesetz verwendet. Daher werden wir in diesem Inhalt das erste und das zweite Gesetz diskutieren und unterscheiden.
Vergleichstabelle
| Vergleichsbasis | Erster Hauptsatz der Thermodynamik | Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik |
|---|---|---|
| Erklärung | Energie kann weder erzeugt noch zerstört werden. | Die Entropie (Grad der Störungen) eines isolierten Systems nimmt niemals ab, sondern nimmt immer zu. |
| Ausdruck | ΔE = Q + W wird zur Berechnung des Wertes verwendet, wenn zwei beliebige Größen bekannt sind. | ΔS = ΔS (System) + ΔS (Umgebung)> 0 |
| Ausdruck impliziert das | Die Änderung der inneren Energie eines Systems entspricht der Summe des Wärmeflusses in das System und der von der Umgebung am System geleisteten Arbeit. | Die Gesamtänderung der Entropie ist die Summe der Änderung der Entropie des Systems und der Umgebung, die für jeden realen Prozess zunimmt und nicht kleiner als 0 sein kann. |
| Beispiel | 1. Glühbirnen wandeln beim Aufhellen elektrische Energie in Lichtenergie (Strahlungsenergie) und Wärmeenergie (Wärmeenergie) um. 2. Pflanzen wandeln das Sonnenlicht (Licht oder Strahlungsenergie) bei der Photosynthese in chemische Energie um. | 1. Die Maschinen wandeln die hoch nützliche Energie wie Kraftstoffe in die weniger nützliche Energie um, die nicht der Energie entspricht, die beim Starten des Prozesses verbraucht wird. 2. Die Heizung im Raum nutzt die elektrische Energie und gibt Wärme an den Raum ab, aber der Raum kann im Gegenzug nicht die gleiche Energie an die Heizung liefern. |
Definition des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass " Energie weder erzeugt noch zerstört werden kann ", sondern nur von einem Zustand in einen anderen umgewandelt werden kann. Dies wird auch als Naturschutzgesetz bezeichnet.
Es gibt viele Beispiele, um die obige Aussage zu erklären, wie eine Glühbirne, die elektrische Energie verwendet und in Licht- und Wärmeenergie umwandelt.
Alle Arten von Maschinen und Motoren verwenden den einen oder anderen Kraftstoff, um Arbeiten auszuführen und unterschiedliche Ergebnisse zu erzielen. Sogar die lebenden Organismen essen Nahrung, die verdaut wird und Energie liefert, um verschiedene Aktivitäten auszuführen.
ΔE = Q + W.
Sie kann durch die einfache Gleichung als ΔE ausgedrückt werden. Dies ist die Änderung der inneren Energie eines Systems, die gleich der Summe der Wärme (Q) ist, die über die Grenzen der Umgebung fließt, und die Arbeit (W) an der System durch die Umgebung. Angenommen, wenn der Wärmestrom aus dem System austritt, wäre das 'Q' negativ. Wenn die Arbeit vom System ausgeführt würde, wäre das 'W' ebenfalls negativ.
Wir können also sagen, dass der gesamte Prozess auf zwei Faktoren beruht, nämlich Wärme und Arbeit, und eine geringfügige Änderung dieser Faktoren führt zu einer Änderung der inneren Energie eines Systems. Aber wie wir alle wissen, ist dieser Prozess nicht so spontan und nicht jedes Mal anwendbar, so wie Energie niemals spontan von einer niedrigeren Temperatur zu einer höheren Temperatur fließt.
Definition des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik auszudrücken, aber vorher müssen wir verstehen, warum der zweite Hauptsatz eingeführt wurde. Wir denken, dass im eigentlichen Prozess des täglichen Lebens das erste Gesetz der Thermodynamik erfüllt sein sollte, aber es ist nicht zwingend erforderlich.
Stellen Sie sich zum Beispiel eine Glühbirne in einem Raum vor, die die elektrische Energie in Wärme (Wärme) und Lichtenergie umwandelt und den Raum aufhellt. Umgekehrt ist dies jedoch nicht möglich, wenn wir die gleiche Menge an Licht und Wärme bereitstellen Die Glühbirne wird in elektrische Energie umgewandelt. Obwohl diese Erklärung dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik nicht widerspricht, ist sie in Wirklichkeit auch nicht möglich.
Laut der Aussage von Kelvin-Plancks ist es unmöglich, dass ein Gerät, das in einem Zyklus arbeitet, Wärme aus einem einzelnen Speicher empfängt und zu 100% in Arbeit umwandelt, dh es gibt keine Wärmekraftmaschine mit einem thermischen Wirkungsgrad von 100%. .
Clausius sagte sogar, dass „es unmöglich ist, ein Gerät zu konstruieren, das in einem Kreislauf arbeitet und Wärme von einem Niedertemperaturspeicher auf einen Hochtemperaturspeicher überträgt, wenn keine externe Arbeit vorhanden ist“.
Aus der obigen Aussage geht hervor, dass der zweite Hauptsatz der Thermodynamik erklärt, wie die Energieumwandlung nur in einer bestimmten Richtung stattfindet, was im ersten Hauptsatz der Thermodynamik nicht geklärt ist.
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, auch als Gesetz der erhöhten Entropie bekannt, besagt, dass mit der Zeit die Entropie oder der Grad der Störungen in einem System immer zunehmen wird. Nehmen Sie ein Beispiel, warum wir mehr durcheinander geraten, nachdem wir mit fortschreitender Arbeit mit allen Planungen begonnen haben. Mit zunehmender Zeit nehmen also auch die Störungen oder die Desorganisation zu.
Dieses Phänomen ist in jedem System anwendbar, dass bei Verwendung von nutzbarer Energie die unbrauchbare Energie abgegeben wird.
ΔS = ΔS (System) + ΔS (Umgebung)> 0
Wie zuvor beschrieben, ist das delS, das die Gesamtänderung der Entropie darstellt, die Summe der Änderung der Entropie des Systems und der Umgebung, die für jeden realen Prozess zunimmt und nicht kleiner als 0 sein kann.
Hauptunterschiede zwischen dem ersten und dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik
Nachstehend sind die wesentlichen Punkte aufgeführt, um zwischen dem ersten und dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik zu unterscheiden:
- Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik kann Energie weder erzeugt noch zerstört werden, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, die nicht gegen den ersten Hauptsatz verstoßen, sondern besagt, dass Energie, die von einem Zustand in einen anderen umgewandelt wird, nicht immer nützlich und zu 100% genommen ist. Man kann also sagen, dass "die Entropie (Grad der Störungen) eines isolierten Systems niemals abnimmt, sondern immer zunimmt".
- Der erste Hauptsatz der Thermodynamik kann ausgedrückt werden als ΔE = Q + W, wird zur Berechnung des Wertes verwendet, wenn zwei beliebige Größen bekannt sind, während der zweite Hauptsatz der Thermodynamik ausgedrückt werden kann als ΔS = ΔS (System) + ΔS ( Umgebung)> 0 .
- Ausdrücke implizieren, dass die Änderung der inneren Energie eines Systems gleich der Summe des Wärmeflusses in das System und der Arbeit ist, die die Umgebung im ersten Gesetz am System leistet. Im zweiten Gesetz ist die Gesamtänderung der Entropie die Summe der Änderung der Entropie des Systems und der Umgebung, die für jeden realen Prozess zunimmt und nicht kleiner als 0 sein kann.
Fazit
In diesem Artikel haben wir die Thermodynamik besprochen, die nicht auf die Physik oder Maschinen wie Kühlschränke, Autos, Waschmaschinen beschränkt ist, sondern dieses Konzept gilt für die tägliche Arbeit aller. Obwohl wir hier die beiden verwirrendsten Gesetze der Thermodynamik unterschieden haben, da wir wissen, dass es zwei weitere gibt, die leicht zu verstehen und nicht so widersprüchlich sind.
