De eerste wet van de thermodynamica houdt verband met het behoud van energie, terwijl de tweede wet van de thermodynamica stelt dat sommige van de thermodynamische processen ontoelaatbaar zijn en niet volledig de eerste wet van de thermodynamica volgen.
Het woord ' thermodynamica ' is afgeleid van de Griekse woorden, waarbij 'thermo' warmte betekent en 'dynamiek' macht. Thermodynamica is dus de studie van energie die in verschillende vormen bestaat, zoals licht, warmte, elektrische en chemische energie.
Thermodynamica is een zeer vitaal onderdeel van de fysica en het aanverwante gebied zoals scheikunde, materiaalkunde, milieuwetenschappen, enz. Ondertussen betekent 'wet' het systeem van de regels. Daarom behandelen wetten van de thermodynamica een van de vormen van energie die warmte is, hun gedrag onder verschillende omstandigheden die overeenkomen met het mechanische werk.
Hoewel we weten dat er vier wetten van de thermodynamica zijn, beginnend bij de nulwet, de eerste wet, de tweede wet en de derde wet. Maar de meest gebruikte zijn de eerste en de tweede wet, daarom zullen we in deze inhoud de eerste en de tweede wet bespreken en differentiëren.
Vergelijkingstabel
| Basis voor vergelijking | Eerste wet van de thermodynamica | Tweede wet van de thermodynamica |
|---|---|---|
| Uitspraak | Energie kan niet worden gecreëerd of vernietigd. | De entropie (mate van stoornissen) van een geïsoleerd systeem neemt nooit af, maar neemt altijd toe. |
| Uitdrukking | ΔE = Q + W, wordt gebruikt voor de berekening van de waarde als er twee grootten bekend zijn. | ΔS = ΔS (systeem) + ΔS (omringend)> 0 |
| Uitdrukking impliceert dat | De verandering in de interne energie van een systeem is gelijk aan de som van de warmtestroom in het systeem en het werk dat door de omgeving aan het systeem is gedaan. | De totale verandering in de entropie is de som van de verandering in de entropie van het systeem en de omgeving die voor elk echt proces zal toenemen en niet minder dan 0 mag zijn. |
| Voorbeeld | 1. Elektrische lampen, wanneer lichter wordt, zet elektrische energie om in de lichtenergie (stralingsenergie) en warmte-energie (thermische energie). 2. Planten zetten het zonlicht (licht of stralingsenergie) tijdens fotosynthese om in chemische energie. | 1. De machines zetten de zeer nuttige energie zoals brandstoffen om in de minder nuttige energie, die niet gelijk is aan de opgenomen energie tijdens het starten van het proces. 2. De kachel in de kamer gebruikt de elektrische energie en geeft warmte af aan de kamer, maar de kamer kan in ruil daarvoor niet dezelfde energie aan de kachel leveren. |
Definitie van de eerste wet van de thermodynamica
De eerste wet van de thermodynamica stelt dat ' energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd ', maar alleen van de ene staat naar de andere kan worden getransformeerd. Dit staat ook bekend als de wet van instandhouding.
Er zijn veel voorbeelden om de bovenstaande verklaring uit te leggen, zoals een elektrische lamp die elektrische energie gebruikt en wordt omgezet in licht en warmte.
Allerlei machines en motoren gebruiken een of andere brandstof om werk uit te voeren en verschillende resultaten te geven. Zelfs de levende organismen eten voedsel dat wordt verteerd en energie geeft om verschillende activiteiten uit te voeren.
ΔE = Q + W
Het kan worden uitgedrukt door de eenvoudige vergelijking als ΔE, wat betekent dat de verandering in de interne energie van een systeem gelijk is aan de som van warmte (Q) die over de grenzen van de omgeving stroomt en het werk wordt gedaan (W) aan de systeem door de omgeving. Maar stel dat als de warmtestroom uit het systeem zou komen, de 'Q' negatief zou zijn, en als het werk door het systeem werd gedaan, dan zou de 'W' ook negatief zijn.
We kunnen dus zeggen dat het hele proces afhankelijk is van twee factoren, namelijk warmte en werk, en een kleine verandering hierin zal resulteren in de verandering in de interne energie van een systeem. Maar omdat we allemaal weten dat dit proces niet zo spontaan is en niet elke keer toepasbaar is, zoals energie nooit spontaan van een lagere temperatuur naar een hogere temperatuur stroomt.
Definitie van de tweede wet van de thermodynamica
Er zijn verschillende manieren om de tweede wet van de thermodynamica uit te drukken, maar daarvoor moesten we begrijpen waarom de tweede wet werd geïntroduceerd. Wij zijn van mening dat in het huidige dagelijkse leven aan de eerste wet van de thermodynamica moet worden voldaan, maar dat is niet verplicht.
Overweeg bijvoorbeeld een elektrische gloeilamp in een kamer die de elektrische energie in warmte (thermische) en lichtenergie dekt en de kamer lichter wordt, maar het omgekeerde is niet mogelijk, dat als we dezelfde hoeveelheid licht en warmte leveren aan de lamp, zal deze worden omgezet in elektrische energie. Hoewel deze verklaring niet in strijd is met de eerste wet van de thermodynamica, is het in werkelijkheid ook niet mogelijk.
Volgens de verklaring van Kelvin-Plancks "Het is onmogelijk voor elk apparaat dat in een cyclus werkt, warmte ontvangt van een enkel reservoir en het 100% omzet in werk, dat wil zeggen, er is geen warmtemotor die het thermische rendement van 100% heeft" .
Zelfs Clausius zei dat "het onmogelijk is om een apparaat te bouwen dat in een cyclus werkt en warmte van een lagetemperatuurreservoir naar een hogetemperatuurreservoir overbrengt zonder extern werk".
Dus uit de bovenstaande verklaring is het duidelijk dat de tweede wet van de thermodynamica uitlegt over de manier waarop de energietransformatie alleen in een bepaalde richting plaatsvindt, wat niet wordt verduidelijkt in de eerste wet van de thermodynamica.
De tweede wet van de thermodynamica, ook bekend als de wet van verhoogde entropie, die zegt dat na verloop van tijd de entropie of mate van stoornissen in een systeem altijd zal toenemen. Geef een voorbeeld, daarom raken we meer in de war, nadat we met alle planningen zijn begonnen terwijl het werk vordert. Dus met de toename van de tijd nemen ook de stoornissen of desorganisatie toe.
Dit fenomeen is toepasbaar in elk systeem, dat bij gebruik van nuttige energie de onbruikbare energie wordt weggegeven.
ΔS = ΔS (systeem) + ΔS (omringend)> 0
Zoals eerder beschreven, is de del die de totale verandering in de entropie is, de som van de verandering in de entropie van het systeem en de omgeving die voor elk echt proces zal toenemen en niet minder dan 0 kan zijn.
Belangrijkste verschillen tussen eerste en tweede wetten van de thermodynamica
Hieronder staan de essentiële punten om onderscheid te maken tussen eerste en tweede wetten van de thermodynamica:
- Volgens de eerste wet van de thermodynamica 'kan energie niet worden gecreëerd of vernietigd, ze kan alleen van de ene vorm naar de andere worden getransformeerd'. Volgens de tweede wet van de thermodynamica, die niet in strijd is met de eerste wet, maar zegt dat energie die van de ene staat naar de andere wordt getransformeerd, niet altijd nuttig is en voor 100% wordt ingenomen. Er kan dus worden gesteld dat 'de entropie (mate van stoornissen) van een geïsoleerd systeem nooit afneemt, maar eerder toeneemt'.
- De eerste wet van de thermodynamica kan worden uitgedrukt als ΔE = Q + W, wordt gebruikt voor de berekening van de waarde, als er twee grootheden bekend zijn, terwijl de tweede wet van de thermodynamica kan worden uitgedrukt als ΔS = ΔS (systeem) + ΔS ( omgeving)> 0 .
- Uitdrukkingen impliceren dat de verandering in de interne energie van een systeem gelijk is aan de som van de warmtestroom in het systeem en het werk dat aan het systeem is gedaan door de omgeving in de Eerste Wet. In de tweede wet is de totale verandering in de entropie de som van de verandering in de entropie van het systeem en de omgeving die voor elk echt proces zal toenemen en niet minder dan 0 mag zijn.
Conclusie
In dit artikel bespraken we de thermodynamica, die niet beperkt is tot de fysica of machines zoals koelkasten, auto's, wasmachine, maar dit concept is van toepassing op het dagelijkse werk van iedereen. Hoewel we hier de twee meest verwarrende wetten van de thermodynamica onderscheiden, weten we dat er nog twee zijn die gemakkelijk te begrijpen en niet zo tegenstrijdig zijn.
