آموزش قانون دوم ترمودینامیک و آنتروپی + کاربردها (رایگان)

ترمودینامیک چیست؟ ترمودینامیک شاخه‌ای‍ از علم فیزیک است که به مطالعه انرژی، انتقال آن بین سیستم‌ها و تاثیر آن بر خواص ماده می‌پردازد. این علم قوانین و اصولی را بررسی می‌کند که رفتار سیستم‌های بزرگ شامل مولکول‌های متعدد را توصیف می‌کنند. هدف اصلی ترمودینامیک درک فرایندهای تبدیل انرژی و تعادل حرارتی در سیستم‌ها است. قانون دوم ترمودینامیک قانون دوم ترمودینامیک بیان می‌کند که فرایندهای طبیعی در یک سیستم بسته به‌ گونه‌ای انجام می‌شوند که آنتروپی کل سیستم و محیط افزایش یابد یا در حالت تعادل باقی بماند. به عبارت ساده‌تر، این قانون می‌گوید که انرژی در فرایندها به سمت حالت‌های پراکنده‌تر و کمتر قابل‌استفاده گرایش دارد. علاوه بر این، این قانون محدودیت‌هایی بر کارایی تبدیل انرژی و امکان‌پذیری فرایندهای ترمودینامیکی اعمال می‌کند، به‌ طوری که هیچ چرخه‌ای نمی‌تواند به ‌طور کامل انرژی گرمایی را به کار تبدیل کند. در این فرادرس چه چیزی یاد می‌گیریم؟ در این آموزش، به یکی از قوانین بنیادین طبیعت، یعنی قانون دوم ترمودینامیک خواهیم پرداخت. این قانون بیان می‌کند که در فرایندهای طبیعی، آنتروپی کل سیستم و محیط همواره افزایش می‌یابد یا در بهترین حالت ثابت می‌ماند. به عبارت دیگر، بی‌نظمی جهان پیرامون ما به طور طبیعی تمایل به افزایش دارد. یکی از بیان‌های معروف این قانون، بیان کلازیوس است که می‌گوید انتقال خودبه‌خودی گرما از جسم سرد به گرم غیرممکن است. بیان دیگر، بیان کلیون-پلانک است که بیان می‌کند هیچ دستگاهی نمی‌تواند به طور مداوم کار مکانیکی را از گرمای یک منبع واحد دریافت کند و آن را به طور کامل به کار تبدیل نماید. همچنین، به مفهوم آنتروپی به عنوان معیاری برای بی‌نظمی سیستم خواهیم پرداخت. آنتروپی در فرایندهای برگشت‌ناپذیر افزایش می‌یابد و در فرایندهای برگشت‌پذیر ثابت می‌ماند. در ادامه، چرخه کارنو را معرفی خواهیم کرد که یک چرخه ایده‌آل حرارتی است و نشان می‌دهد کهین بازدهی که یک موتور حرارتی می‌تواند داشته باشد، به تفاوت دمای منبع گرم و سرد آن بستگی دارد. در کل، قانون دوم ترمودینامیک محدودیت‌هایی را برای تبدیل انرژی و جهت‌گیری فرایندهای طبیعی تعیین می‌کند و به ما کمک می‌کند تا پدیده‌های مختلفی را در جهان پیرامون خود بهتر درک کنیم.

فرادرس

زهرا صالحی