Định luật Nhiệt động lực học thứ nhất liên quan đến bảo toàn năng lượng, trong khi Định luật Nhiệt động lực học thứ hai cho rằng một số quy trình nhiệt động lực học là không thể chấp nhận được và không hoàn toàn tuân theo Định luật Nhiệt động lực học thứ nhất.
Từ " nhiệt động lực học " có nguồn gốc từ các từ Hy Lạp, trong đó, Therm Thermo có nghĩa là nhiệt và động lực học có nghĩa là sức mạnh. Vì vậy, nhiệt động lực học là nghiên cứu về năng lượng tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau như ánh sáng, nhiệt, điện và năng lượng hóa học.
Nhiệt động lực học là một phần rất quan trọng của vật lý và lĩnh vực liên quan của nó như hóa học, khoa học vật liệu, khoa học môi trường, v.v. Trong khi đó 'Luật' có nghĩa là hệ thống các quy tắc. Do đó, các định luật nhiệt động học liên quan đến một trong những dạng năng lượng là nhiệt, hành vi của chúng trong các trường hợp khác nhau tương ứng với công việc cơ học.
Mặc dù chúng ta biết rằng có bốn định luật nhiệt động lực học, bắt đầu từ luật zeroth, luật thứ nhất, luật thứ hai và luật thứ ba. Nhưng được sử dụng nhiều nhất là luật thứ nhất và thứ hai, do đó trong nội dung này, chúng ta sẽ thảo luận và phân biệt luật thứ nhất và thứ hai.
Biểu đồ so sánh
| Cơ sở để so sánh | Định luật nhiệt động lực học đầu tiên | Định luật thứ hai của nhiệt động lực học |
|---|---|---|
| Tuyên bố | Năng lượng không thể được tạo ra cũng không bị phá hủy. | Entropy (mức độ rối loạn) của một hệ cô lập không bao giờ giảm thay vào đó luôn luôn tăng. |
| Biểu hiện | E = Q + W, được sử dụng để tính giá trị nếu biết hai đại lượng bất kỳ. | S = S (hệ thống) + S (xung quanh)> 0 |
| Biểu hiện ngụ ý rằng | Sự thay đổi năng lượng bên trong của một hệ thống bằng tổng lượng nhiệt truyền vào hệ thống và công việc được thực hiện trên hệ thống xung quanh. | Tổng thay đổi của entropy là tổng của thay đổi entropy của hệ thống và xung quanh sẽ tăng cho bất kỳ quá trình thực tế nào và không thể nhỏ hơn 0. |
| Thí dụ | 1. Bóng đèn điện, khi phát sáng sẽ chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng (năng lượng bức xạ) và năng lượng nhiệt (năng lượng nhiệt). 2. Thực vật chuyển đổi ánh sáng mặt trời (ánh sáng hoặc năng lượng bức xạ) thành năng lượng hóa học trong quá trình quang hợp. | 1. Các máy móc chuyển đổi năng lượng rất hữu ích như nhiên liệu thành năng lượng ít hữu ích hơn, không bằng năng lượng được hấp thụ trong khi bắt đầu quá trình. 2. Máy sưởi trong phòng sử dụng năng lượng điện và tỏa nhiệt cho phòng, nhưng phòng đổi lại không thể cung cấp năng lượng tương tự cho máy sưởi. |
Định nghĩa định luật nhiệt động lực học đầu tiên
Định luật đầu tiên của nhiệt động lực học nói rằng " năng lượng không thể được tạo ra cũng như không bị phá hủy ", nó chỉ có thể được chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác. Điều này còn được gọi là luật bảo tồn.
Có nhiều ví dụ để giải thích tuyên bố trên, giống như một bóng đèn điện, sử dụng năng lượng điện và chuyển đổi thành năng lượng ánh sáng và nhiệt.
Tất cả các loại máy móc và động cơ sử dụng một số hoặc loại nhiên liệu khác để thực hiện công việc và đưa ra kết quả khác nhau. Ngay cả các sinh vật sống, ăn thức ăn được tiêu hóa và cung cấp năng lượng để thực hiện các hoạt động khác nhau.
E = Q + W
Nó có thể được biểu thị bằng phương trình đơn giản là ΔE, đó là sự thay đổi năng lượng bên trong của một hệ thống bằng tổng nhiệt (Q) chảy qua các ranh giới của xung quanh và công việc được thực hiện (W) trên hệ thống xung quanh. Nhưng giả sử nếu dòng nhiệt ra khỏi hệ thống thì 'Q' sẽ âm, tương tự nếu công việc được thực hiện là bởi hệ thống thì 'W' cũng sẽ âm.
Vì vậy, chúng ta có thể nói rằng toàn bộ quá trình phụ thuộc vào hai yếu tố, đó là nhiệt và công việc, và một sự thay đổi nhỏ trong những điều này sẽ dẫn đến sự thay đổi năng lượng bên trong của một hệ thống. Nhưng như tất cả chúng ta đều biết rằng quá trình này không quá tự phát và không được áp dụng mọi lúc, giống như năng lượng không bao giờ tự phát chảy từ nhiệt độ thấp hơn đến nhiệt độ cao hơn.
Định nghĩa định luật thứ hai của nhiệt động lực học
Có một số cách để thể hiện định luật nhiệt động thứ hai, nhưng trước đó chúng ta cần hiểu rằng tại sao định luật thứ hai được đưa ra. Chúng tôi nghĩ rằng trong quá trình thực tế của cuộc sống hàng ngày, định luật nhiệt động lực học đầu tiên phải thỏa mãn, nhưng nó không bắt buộc.
Ví dụ, hãy xem xét một bóng đèn điện trong phòng sẽ bao gồm năng lượng điện thành nhiệt (nhiệt) và năng lượng ánh sáng và căn phòng sẽ sáng lên, nhưng điều ngược lại là không thể, nếu chúng ta cung cấp cùng một lượng ánh sáng và nhiệt bóng đèn, nó sẽ chuyển đổi thành năng lượng điện. Mặc dù lời giải thích này không phản đối định luật nhiệt động lực học đầu tiên, nhưng thực tế, điều đó cũng không thể xảy ra.
Theo tuyên bố của Kelvin-Plancks, không thể có bất kỳ thiết bị nào hoạt động theo chu kỳ, nhận nhiệt từ một hồ chứa duy nhất và chuyển đổi 100% thành công việc, nghĩa là không có động cơ nhiệt nào có hiệu suất nhiệt 100%. .
Thậm chí, Clausius còn nói rằng, không thể chế tạo một thiết bị hoạt động theo chu kỳ và truyền nhiệt từ hồ chứa nhiệt độ thấp sang hồ chứa nhiệt độ cao trong trường hợp không có công việc bên ngoài.
Vì vậy, từ tuyên bố trên, rõ ràng Định luật Nhiệt động lực học thứ hai giải thích về cách thức chuyển đổi năng lượng chỉ diễn ra theo một hướng cụ thể, không được làm rõ trong định luật nhiệt động lực học đầu tiên.
Định luật nhiệt động lực học thứ hai còn được gọi là Định luật Entropy tăng, trong đó nói rằng theo thời gian, entropy hoặc mức độ rối loạn trong một hệ thống sẽ luôn tăng. Lấy một ví dụ, rằng tại sao chúng ta trở nên rối tung hơn, sau khi bắt đầu bất kỳ công việc nào với tất cả các quy hoạch khi công việc tiến triển. Vì vậy, với sự gia tăng thời gian, các rối loạn hoặc vô tổ chức cũng tăng lên.
Hiện tượng này được áp dụng trong mọi hệ thống, rằng với việc sử dụng năng lượng hữu ích, năng lượng không thể sử dụng sẽ bị mất đi.
S = S (hệ thống) + S (xung quanh)> 0
Như được mô tả trước đó, delS là tổng thay đổi của entropy là tổng của thay đổi entropy của hệ thống và xung quanh sẽ tăng cho bất kỳ quá trình thực nào và không thể nhỏ hơn 0.
Sự khác biệt chính giữa Định luật Nhiệt động lực học thứ nhất và Thứ hai
Đưa ra dưới đây là những điểm cần thiết để phân biệt giữa Định luật Nhiệt động lực học thứ nhất và Thứ hai:
- Theo Định luật Nhiệt động lực học đầu tiên 'Năng lượng không thể được tạo ra cũng như không bị phá hủy, nó chỉ có thể được chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác'. Theo Luật Nhiệt động lực học thứ hai, không vi phạm luật thứ nhất, nhưng nói rằng năng lượng được chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác không phải lúc nào cũng hữu ích và được thực hiện 100%. Vì vậy, có thể nói rằng 'entropy (mức độ rối loạn) của một hệ thống bị cô lập không bao giờ giảm thay vì luôn luôn tăng'.
- Định luật nhiệt động lực học thứ nhất có thể được biểu thị là ΔE = Q + W, được sử dụng để tính giá trị, nếu có hai đại lượng được biết, trong khi Định luật nhiệt động lực học thứ hai có thể được biểu thị là ΔS = ΔS (hệ thống) + ΔS ( xung quanh)> 0 .
- Biểu hiện ngụ ý rằng sự thay đổi năng lượng bên trong của một hệ thống bằng tổng lượng nhiệt truyền vào hệ thống và công việc được thực hiện trên hệ thống bởi xung quanh trong Định luật thứ nhất. Trong Luật thứ hai, tổng thay đổi của entropy là tổng của thay đổi entropy của hệ thống và xung quanh sẽ tăng cho bất kỳ quá trình thực tế nào và không thể nhỏ hơn 0.
Phần kết luận
Trong bài viết này, chúng tôi đã thảo luận về Nhiệt động lực học, không giới hạn ở vật lý hoặc máy móc như tủ lạnh, ô tô, máy giặt nhưng khái niệm này có thể áp dụng cho công việc hàng ngày của mọi người. Mặc dù ở đây, chúng tôi phân biệt hai Định luật Nhiệt động lực học khó hiểu nhất, vì chúng tôi biết có hai định luật khác, dễ hiểu và không quá mâu thuẫn.
