Второй закон термодинамики
Второе начало термодинамики устанавливает связь между хаосом и порядком, исходя из закона сохранения энергии (первое начало термодинамики).
Существуют различные формулировки второго начала термодинамики и их следствия (выводы из них). Во втором начале термодинамики вводится понятие меры хаоса - энтропии и дается ее фундаментальное описание.
Формулировка 1 (исторически первая - через цикл Карно)
“Коэффициент полезного действия цикла Карно больше коэффициента полезного действия любого цикла между теми же температурами”
Цикл Карно — идеальный термодинамический цикл с максимальным КПД состоит из двух адиабатических (отсутствует обмен теплотой с внешним источником) и двух изотермических процессов (постоянная температура системы).
Формулировка 2 (Клаузиуса)
“Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему”
Формулировка 3
“Если в замкнутой системе происходит процесс, то энтропия этой системы не убывает.”
Формулировка 4
“Cистема всегда происходит из менее вероятного состояния в более вероятное.”
Формуировка 5
“При наличии пути проводимости тепло всегда самопроизвольно перетекает от более горячего тела к более холодному.”
Формулировка 6
“Энергия всегда передается от тела, обладающего большей энергией, к телу, у которого энергии меньше.”
О соотношении второго начала термодинамики и теологии можно прочитать по ссылкам ниже:
Понятие энтропии введено Р Клаузиусом.
Формула 1. Термодинамически энтропию можно считать через количество теплоты получаемой системой (температура также при этом может меняться).
∆S = ∆Q / T,
где ∆S - изменение энтропии
∆Q - количество теплоты полученной системой
T - температура
Формула 2. Статистически энтропию можно считать через распределение числа состояний.
S = k * lnW,
где S - энтропия системы в определенном состоянии,
K - постоянная Больцмана, k = 1,38 * 10-23 Дж/К,
W - количество микросостояний, которыми реализуется данное макросостояние системы
В своем мысленном эксперименте Дж. Максвелл предложил некий эксперимент по кажущемуся нарушению второго закона термодинамики (далее покажем почему он все-таки не нарушается). Некий сосуд с газом (нулевой теплообмен с внешним миром и пр. внешние влияния отсутствуют) разделен перегородкой. Молекулы в сосуде движутся хаотически с разными запасами энергии. Перегородка избирательно дает молекулам с более большой энергией (движутся быстрее) возможность проникать через перегородку. Эту перегородку называют демоном Максвелла, но это название самому Максвеллу, как верующему человеку, не очень нравилось и мы можем использовать термин “ангел Максвелла :-).
Этот эксперимент не нарушает второй закон термодинамики, поскольку для отбора молекул была задействована информацию о движении молекул, которая несет, в себе, по сути работу, потраченную на ее получение.
Это критически важный момент для того, во что мы хотим Вас втянуть - работа может быть сохранена в виде информации, передана внутрь системы и использована для уменьшения энтропии системы.
Фундаментальным законам термодинамики - первому и второму началу подчиняются все процессы во Вселенной, включая химию, биологию, психологию, социологию, экономику и политику. В то время как естественно-научные законы являются обьективными, многие гуманитарные законы могут показаться на первый взгляд субьективными, но в реальности являются лишь высокоуровневым выражением фундаментальных законов.
А это значит что мы можем прогнозировать глобальные явления стараться глубже понять их. Более того, как было показано выше, информация может быть тем ключевым элементом, которая меняет структуру системы. В зависимости от количества энергии, сохраненной в виде информации (через потраченную на ее получение работу) конфигурация системы может быть полностью изменена.
По второму закону термодинамики любая работа как целенаправленный упорядоченный процесс передачи энергии в системе всегда создает в другом конце системы прирост беспорядка, т. е. возрастание энтропии, за счет беспорядочного рассеивания части энергии. Совершение работы возможно только тогда, когда в ходе другого процесса создается достаточная степень беспорядка. Получение любой информации через работу всегда имеет в качестве сопутствующего эффекта увеличение энтропии в другом процессе.
Пара выводов для высокоуровневого выражения фундаментальных законов
- С повышением температуры хаотические процессы возрастают. Теория гелиобологии Чижевского, а также любые другие причины глобального потепления соответственно можно рассматривать как путь к увеличению хаотизации глобальных процессов (политика, экономика, общественные процессы - не важно).
- Детальное прогнозирование протекания энергии через системы и сосредоточение энергии в виде порядка (Энтальпии) и Хаоса (Энтропии) позволяет процессы понимать, прогнозировать и управлять ими (или максимально эффективно соответствовать им и подстраиваться под них)
- Упорядочивание системы в одном месте идет параллельно с хаотизацией в другом. Экономический рост и развитие в одном месте будут сопровождаться войнами революциями загрязнением окружающей среды в другом месте Нужно разумно понимать и направлять эти процессы и заранее эффективно распределять в системе энтропию - канализировать ее выход.
- Ценная высокоэнергетическая информация (для получения которой была проделана большая работа) может быть использована для уменьшения энтропии системы.