قانون دوم ترمودینامیک به بیان کلوین –  پلانک

پیدایشترمودینامیک مدیون کوشش هایی است که برای تبدیل گرما به کار، گسترش نظریه های مربوط به سیستم هایی که برای این منظور اختراع شده اند به عمل آمده است. بنابراین می توان ادعا کرد که یکی از قوانین بنیادی ترمودینامیک بر نحوه ی کار ماشین های گرمایی پایه گذاری شده است. مشخصات مهم چرخه های گرمایی را می توان به ساده ترین بیان به گونه ی زیر خلاصه کرد:

نمایش نمادی ماشین گرمایی

این ها طرح وار در شکل  نشان داده شده اند. هرگز ماشینی ساخته نشده است که گرمایی را از یک منبع گرفته است بدون این که مقدار از آن را به یک منبع واقع در دمای پایین تر پس بدهد، به کار تبدیل کند.

این بیان منفی که نتیجه ی تجربیات مهندسی است، همان قانون دوم ترمودینامیک است و به راه های مختلفی فرمول بندی شده است.

بیان اولیه ی کلوین این است که:

غیرممکن است بتوان توسط یک عامل بی جان مادی با سرد کردن قسمتی از ماده تا دمایی کم تر از سردترین اجسام مجاور آن، اثر مکانیکی به دست آورد.

بیان کلوین پلانک

به بیان پلانک: غیرممکن است بتوان ماشینی ساخت که در حین پیمودن یک چرخه ی کامل هیچ اثری جز بلند کردن یک وزنه و سرد کردن یک منبع گرمایی ایجاد نکند.

می توانیم این دو بیان را در قالب یک بیان معادل که از این پس از آن به عنوان قانون دوم به بیان کلوین – پلانک یاد خواهیم کرد، ترکیب کنیم لذا:

اگر قانون دوم درست نبود این امکان وجود داشت که یک کشتی بخار را در اقیانوس با گرفتن گرما از اقیانوس به حرکت درآوریم، یا این که یک نیروگاه را با گرفتن گرما از هوای اطراف به کار اندازیم. باید توجه داشته باشیم که هیچ یک از این غیرممکن ها قانون اول ترمودینامیک را نقض نمی کند. زیرا هم اقیانوس و هم هوای محیط شامل ذخیره ی زیای از انرژی داخلی است که از نظر اصولی می آن ها را به صورت جریان گرما استخراج کرد.

بنابراین قانون دوم یکی از نتایج قانون اول نیست بلکه خود قانون طبیعی جداگانه ای است که ناظر بر جنبه ای از طبیعت است که قانون اول آن ار در برنمی گیرد.

قانون اول امکان ایجاد ونابودی انرژی را نفی می کند. قانون دوم امکان استفاده از یک روش خاص در قانون اول را نفی می کند.

ماشینی که انرژی خود را به وجود می آورد و لذا قانون اول را نقض می کند ماشین حرکت دائمی از نوع اول نامیده می شود.

ماشینی که فقط از انرژی داخلی یک منبع گرمایی استفاده می کند و لذا قانون دوم را نقض می کند ماشین حرکت دائمی از نوع دوم خوانده می شود.

مرکز یادگیری تبیان 

تهیه و تنظیم: فاطمه گودرزی