Comment l'énergie est-elle générée, comment est-elle convertie d'une forme à une autre et qu'arrive-t-il à l'énergie dans un système fermé ? Toutes ces questions peuvent être résolues par les lois de la thermodynamique. La deuxième loi de la thermodynamique sera discutée plus en détail aujourd'hui.
Les lois au quotidien
Les lois régissent la vie quotidienne. Les lois sur la route disent que vous devez vous arrêter aux panneaux d'arrêt. Le gouvernement exige de donner une partie de leur salaire à l'État et au gouvernement fédéral. Même les scientifiques sont applicables à la vie quotidienne. Par exemple, la loi de la gravité prédit un résultat plutôt médiocre pour ceux qui essaient de voler. Un autre ensemble de lois scientifiques qui affectent la vie quotidienne sont les lois de la thermodynamique. Voici donc quelques exemples pour voir comment ils affectent la vie quotidienne.
La première loi de la thermodynamique
La première loi de la thermodynamique stipule que l'énergie ne peut être ni créée ni détruite, mais qu'elle peut être transformée d'une forme à une autre. Ceci est aussi parfois appelé la loi de conservation de l'énergie. Alors c'est comments'applique à la vie de tous les jours ? Eh bien, prenez, par exemple, l'ordinateur que vous utilisez maintenant. Il se nourrit d'énergie, mais d'où vient cette énergie ? La première loi de la thermodynamique nous dit que cette énergie ne peut pas provenir de l'air, elle vient donc de quelque part.
Vous pouvez tracer cette énergie. L'ordinateur fonctionne à l'électricité, mais d'où vient l'électricité ? C'est vrai, d'une centrale électrique ou d'une centrale hydroélectrique. Si l'on considère le second, alors il sera associé à un barrage qui retient la rivière. La rivière a un lien avec l'énergie cinétique, ce qui signifie que la rivière coule. Le barrage convertit cette énergie cinétique en énergie potentielle.
Comment fonctionne une centrale hydroélectrique ? L'eau est utilisée pour faire tourner la turbine. Lorsque la turbine tourne, un générateur est mis en mouvement, ce qui créera de l'électricité. Cette électricité peut être entièrement acheminée par des câbles entre la centrale électrique et votre domicile, de sorte que lorsque vous branchez le cordon d'alimentation dans une prise électrique, l'électricité entre dans votre ordinateur pour qu'il puisse fonctionner.
Que s'est-il passé ici ? Il y avait déjà une certaine quantité d'énergie qui était associée à l'eau de la rivière sous forme d'énergie cinétique. Ensuite, il s'est transformé en énergie potentielle. Le barrage a ensuite pris cette énergie potentielle et l'a transformée en électricité, qui pourrait ensuite entrer dans votre maison et alimenter votre ordinateur.
La deuxième loi de la thermodynamique
En étudiant cette loi, on peut comprendre comment fonctionne l'énergie et pourquoi tout va verschaos et désordre possibles. La deuxième loi de la thermodynamique est aussi appelée loi d'entropie. Vous êtes-vous déjà demandé comment l'univers a vu le jour ? Selon la théorie du Big Bang, avant que tout ne soit né, une énorme quantité d'énergie s'est rassemblée. L'Univers est apparu après le Big Bang. Tout cela est bien, mais de quel type d'énergie s'agissait-il ? Au début des temps, toute l'énergie de l'univers était contenue dans un endroit relativement petit. Cette concentration intense représentait une énorme quantité de ce qu'on appelle l'énergie potentielle. Au fil du temps, il s'est répandu dans la vaste étendue de notre univers.
À une échelle beaucoup plus petite, le réservoir d'eau retenu par le barrage contient de l'énergie potentielle, puisque son emplacement lui permet de s'écouler à travers le barrage. Dans chaque cas, l'énergie stockée, une fois libérée, se diffuse et ce, sans aucun effort. En d'autres termes, la libération d'énergie potentielle est un processus spontané qui se produit sans avoir besoin de ressources supplémentaires. Au fur et à mesure que l'énergie est distribuée, une partie est convertie en énergie utile et effectue un certain travail. Le reste est converti en inutilisable, simplement appelé chaleur.
À mesure que l'univers continue de s'étendre, il contient de moins en moins d'énergie utilisable. Si moins utile est disponible, moins de travail peut être fait. Étant donné que l'eau traverse le barrage, elle contient également moins d'énergie utile. Cette diminution de l'énergie utilisable au fil du temps est appelée entropie, où l'entropie estla quantité d'énergie inutilisée dans le système, et le système n'est qu'une collection d'objets qui composent le tout.
L'entropie peut également être désignée comme la quantité d'aléatoire ou de chaos dans une organisation sans organisation. À mesure que l'énergie utilisable diminue avec le temps, la désorganisation et le chaos augmentent. Ainsi, lorsque l'énergie potentielle accumulée est libérée, tout cela n'est pas converti en énergie utile. Tous les systèmes connaissent cette augmentation d'entropie au fil du temps. Ceci est très important à comprendre et ce phénomène s'appelle la deuxième loi de la thermodynamique.
Entropie: hasard ou défaut
Comme vous l'avez peut-être deviné, la deuxième loi suit la première, communément appelée loi de conservation de l'énergie, et stipule que l'énergie ne peut être ni créée ni détruite. En d'autres termes, la quantité d'énergie dans l'univers ou dans tout système est constante. La deuxième loi de la thermodynamique est communément appelée la loi de l'entropie, et elle soutient qu'avec le temps, l'énergie devient moins utile et sa qualité diminue avec le temps. L'entropie est le degré d'aléatoire ou de défauts d'un système. Si le système est très désordonné, alors il a une grande entropie. S'il y a beaucoup de défauts dans le système, alors l'entropie est faible.
En termes simples, la deuxième loi de la thermodynamique stipule que l'entropie d'un système ne peut pas diminuer avec le temps. Cela signifie que dans la nature les choses passent d'un état d'ordre à un état de désordre. Et c'est irréversible. Le système n'a jamaisdeviendra plus ordonné par lui-même. En d'autres termes, dans la nature, l'entropie d'un système augmente toujours. Une façon d'y penser est votre maison. Si vous ne le nettoyez jamais et ne l'aspirez jamais, vous aurez bientôt un terrible gâchis. L'entropie a augmenté ! Pour le réduire, il est nécessaire d'utiliser de l'énergie pour utiliser un aspirateur et une serpillière pour nettoyer la surface de la poussière. La maison ne se nettoie pas toute seule.
Quelle est la deuxième loi de la thermodynamique ? La formulation en termes simples dit que lorsque l'énergie passe d'une forme à une autre, soit la matière se déplace librement, soit l'entropie (désordre) dans un système fermé augmente. Les différences de température, de pression et de densité ont tendance à se stabiliser horizontalement avec le temps. En raison de la gravité, la densité et la pression ne s'égalisent pas verticalement. La densité et la pression en bas seront plus importantes qu'en haut. L'entropie est une mesure de la propagation de la matière et de l'énergie partout où elle a accès. La formulation la plus courante de la deuxième loi de la thermodynamique est principalement associée à Rudolf Clausius, qui a dit:
Il est impossible de construire un appareil qui ne produise pas d'autre effet que le transfert de chaleur d'un corps à température plus basse vers un corps à température plus élevée.
En d'autres termes, tout essaie de maintenir la même température dans le temps. Il existe de nombreuses formulations de la deuxième loi de la thermodynamique qui utilisent des termes différents, mais elles signifient toutes la même chose. Une autre déclaration de Clausius:
La chaleur elle-même n'est paspasser d'un corps froid à un corps plus chaud.
La deuxième loi ne s'applique qu'aux grands systèmes. Il s'agit du comportement probable d'un système dans lequel il n'y a ni énergie ni matière. Plus le système est grand, plus la deuxième loi est probable.
Autre formulation de la loi:
L'entropie totale augmente toujours dans un processus spontané.
L'augmentation de l'entropie ΔS au cours du processus doit être supérieure ou égale au rapport entre la quantité de chaleur Q transférée au système et la température T à laquelle la chaleur est transférée. Formule de la deuxième loi de la thermodynamique:
Système thermodynamique
Dans un sens général, la formulation de la deuxième loi de la thermodynamique en termes simples stipule que les différences de température entre les systèmes en contact les uns avec les autres tendent à s'égaliser et qu'un travail peut être obtenu à partir de ces différences de non-équilibre. Mais dans ce cas, il y a perte d'énergie thermique, et l'entropie augmente. Les différences de pression, de densité et de température dans un système isolé ont tendance à s'égaliser si l'occasion se présente; la densité et la pression, mais pas la température, dépendent de la gravité. Un moteur thermique est un appareil mécanique qui fournit un travail utile en raison de la différence de température entre deux corps.
Un système thermodynamique est un système qui interagit et échange de l'énergie avec la zone qui l'entoure. L'échange et le transfert doivent se faire d'au moins deux façons. Une façon devrait être le transfert de chaleur. Si unle système thermodynamique "est en équilibre", il ne peut pas changer d'état ou de statut sans interagir avec l'environnement. En termes simples, si vous êtes en équilibre, vous êtes un "système heureux", vous ne pouvez rien faire. Si vous voulez faire quelque chose, vous devez interagir avec le monde extérieur.
La deuxième loi de la thermodynamique: l'irréversibilité des processus
Il est impossible d'avoir un processus cyclique (répétitif) qui convertit complètement la chaleur en travail. Il est également impossible d'avoir un processus qui transfère la chaleur des objets froids aux objets chauds sans utiliser de travail. Une partie de l'énergie dans une réaction est toujours perdue en chaleur. De plus, le système ne peut pas convertir toute son énergie en énergie de travail. La deuxième partie de la loi est plus évidente.
Un corps froid ne peut pas chauffer un corps chaud. La chaleur a naturellement tendance à circuler des zones les plus chaudes vers les zones les plus froides. Si la chaleur passe du plus froid au plus chaud, c'est contraire à ce qui est "naturel", donc le système doit faire du travail pour que cela se produise. L'irréversibilité des processus dans la nature est la deuxième loi de la thermodynamique. C'est peut-être la loi la plus célèbre (du moins parmi les scientifiques) et la plus importante de toutes les sciences. Une de ses formulations:
L'entropie de l'Univers tend vers le maximum.
En d'autres termes, l'entropie reste la même ou augmente, l'entropie de l'Univers ne peut jamais diminuer. Le problème c'est que c'est toujoursà droite. Si vous prenez une bouteille de parfum et que vous la vaporisez dans une pièce, les atomes parfumés rempliront bientôt tout l'espace, et ce processus est irréversible.
Relations en thermodynamique
Les lois de la thermodynamique décrivent la relation entre l'énergie thermique ou la chaleur et d'autres formes d'énergie, et comment l'énergie affecte la matière. La première loi de la thermodynamique stipule que l'énergie ne peut être ni créée ni détruite; la quantité totale d'énergie dans l'univers reste inchangée. La deuxième loi de la thermodynamique concerne la qualité de l'énergie. Il indique qu'à mesure que l'énergie est transférée ou convertie, de plus en plus d'énergie utilisable est perdue. La deuxième loi stipule également qu'il existe une tendance naturelle pour tout système isolé à devenir plus désordonné.
Même lorsque l'ordre augmente à un certain endroit, lorsque vous prenez en compte l'ensemble du système, y compris l'environnement, il y a toujours une augmentation de l'entropie. Dans un autre exemple, des cristaux peuvent se former à partir d'une solution saline lorsque l'eau est évaporée. Les cristaux sont plus ordonnés que les molécules de sel en solution; cependant, l'eau évaporée est beaucoup plus désordonnée que l'eau liquide. Le processus pris dans son ensemble entraîne une augmentation nette du désordre.
Travail et énergie
La deuxième loi explique qu'il est impossible de convertir l'énergie thermique en énergie mécanique avec une efficacité de 100 %. Un exemple peut être donné avecen voiture. Après le processus de chauffage du gaz pour augmenter sa pression pour entraîner le piston, il reste toujours de la chaleur dans le gaz qui ne peut pas être utilisée pour effectuer un travail supplémentaire. Cette chaleur résiduelle doit être évacuée en la transférant vers un radiateur. Dans le cas d'un moteur de voiture, cela se fait en extrayant le mélange de carburant usé et d'air dans l'atmosphère.
De plus, tout appareil avec des pièces mobiles crée une friction qui convertit l'énergie mécanique en chaleur, qui est généralement inutilisable et doit être retirée du système en la transférant à un radiateur. Lorsqu'un corps chaud et un corps froid sont en contact l'un avec l'autre, l'énergie thermique s'écoule du corps chaud vers le corps froid jusqu'à ce qu'ils atteignent l'équilibre thermique. Cependant, la chaleur ne reviendra jamais dans l'autre sens; la différence de température entre deux corps n'augmentera jamais spontanément. Le déplacement de la chaleur d'un corps froid vers un corps chaud nécessite le travail d'une source d'énergie externe telle qu'une pompe à chaleur.
Le Destin de l'Univers
La deuxième loi prédit également la fin de l'univers. C'est le niveau ultime de désordre, s'il y a un équilibre thermique constant partout, aucun travail ne peut être fait et toute l'énergie finira par le mouvement aléatoire des atomes et des molécules. Selon les données modernes, la Métagalaxie est un système non stationnaire en expansion, et on ne peut parler de la mort thermique de l'Univers. chaleur mortest un état d'équilibre thermique auquel tous les processus s'arrêtent.
Cette position est erronée, car la deuxième loi de la thermodynamique ne s'applique qu'aux systèmes fermés. Et l'univers, comme vous le savez, est illimité. Cependant, le terme même de "mort thermique de l'Univers" est parfois utilisé pour désigner un scénario de développement futur de l'Univers, selon lequel il continuera à s'étendre à l'infini dans l'obscurité de l'espace jusqu'à ce qu'il se transforme en poussière froide dispersée..
