Фяза вя заман

I tərif : İstilik maşınları vasitəsi ilə istiliyi 100% işə çevirmək mümkün deyil.

II tərif : İkinci növ daimi mühərrik mümkün deyildir :

( Ostvaldın tərifi ). İkinci növ daimi mühərrik o maşına deyilir ki, o verilən istiliyin hamısını işə çevirə bilsin. Belə maşının faydalı iş əmsalı 100 % olardı. Belə maşın üçün soyuducu tələb olunmazdı.təcrübə göstərir ki, yalnız bircə istilik mənbəi hesabına iş görmək olmaz, çnki istiliyin verilməsi üçün temperatur fərqi olmalıdır. Deməli istilik maşınlarında yüksək və alçaq temperaturlu istilik mənbələri, yəni istilik hesabına iş görmək üçün qızdırıcı və soyuducu olmalıdır. Müasir istilik maşınlarında soyuducu olaraq atmosfer, yaxud su götürülür.

III tərif : İstilik öz – özünə temperaturu alçaq olan cisimdən temperaturu yüksək olan cismə verlə bilməz. ( Klauzius).

IV tərif : İstilik qızmış cisimdən soyuq cismə verldikdə iş görə bilər ( Sadi Karno).

V tərif : Bircə istilik mənbəi hesabına daimi iş görmək mümkün deyildir ( Tomson ).

Molekulyar - kinetik nəzəriyyədən məlumdur ki, istilik molekulların qarma-qarışıq ( xaotik ) hərəkətinin nəticəsidir. Belə hərəkət ən çox ehtimal olunan hərəkətdir, zərrəciklərin nizamlı hərəkəti isə az ehtimal edilən haldır.

Mexaniki iş ( nizamlı hərəkət ) ona görə öz – özünə istiliyə çevrilir ki, ən az ehtimal edilən haldan ən çox ehtimal edilən hala keçir ( zərrəciklərin nizamlı hərəkəti xaotik hərəkət keçir).

İkinci qanunun riyazi ifadəsi

( 1)

Bu ifadə Karno tsiklinin əsas tənliyidir .

Buradan tənasübünin hədlərinin yerini dəyişsək,

və ya

Soyuducuya verilən tsiklik mənfi istilik hesab edilir

( 2)

Deməli qızdırıcıdan alınan və soyuducuya verilən istiliklərin həmin mənbələrin mütləq temperaturlarına olan nisbətinin cəbri cəmi sıfra bərabərdir, nisbətinə « gətirilmiş » istilik miqdarı deyilir. ( 2) ifadəsi göstərir ki, dönən Karno tsiklində « gətirilmiş » istilik miqdarlarının cəmi sıfra bərabərdir. Alınan nəticəni hər hansı qapalı proses üçün ümumiləşdirmək mümükündür. Qapalı dairəvi prosesi elementar Karno tsikllərinə ayırmaq olar.

Hər bir elementar Karno tsiklinə ( 2) tənliyini tətbiq edib və bunları bütün elementar Karno tsikləri üçün yazıb, tərəf – tərəfə toplasaq :

Burada toplamanı ( siqmanı ) inteqrallama ilə də əvəz etmək olar :

( 3)

( 3) ifadəsi Klauzius tənliyi olub, dönən dairəvi proses üçün termodinamikanın ikinci prinsipinin riyazi ifadəsidir.

3. Entropiyanın fiziki mənası

Entropiya qapalı termodinamik sistemdə öz – özünə gedən prosesin istiqamətini xarakterizə edən hal funksiyasıdır. Məsələn , maye buxarlanarkən entropiyanın dəyişməsi gizli buxarlanma istiliyinin, buxarlanma gedən temperatura olan nisbətinə bərabərdir.

Entropiya sözü yunanca « çevrilmə » mənasında olan trope sözündən götürülmüş və enerji sözündən en önlük əlavə etməklə düzəldilmişdir.
( 1)

İkinci qanun göstərir ki, istilik enerjisi tamamilə işə çevrilə bilmir. Bunun səbəbi istiliyi işə çevirən maşınlarda deyil, istilik enerjisinin öz təbiətindədir. ( 1) ifadəsindən görünür ki, S istsiliyin tmperaturu əmsalıdır. Q – nün ümumi miqadrı sabit qalarsa , onun keyfiyyəti dəiyşə bilər. Q sabit qaldıqda temperaturun azalması ( bu isə entropiyanın artması deməkdir ) nəticəsində qapalı sistemin işgörmə qabiliyyəti, yəni faydalı iş əmsalı azalmış olur. Bu göstərir ki, sistemin işə çevrilə bilən en erjisi öz keyfiyyətini itirmişdir.

Karno tsiklində, istilik mənbəindən alınan Q₁ istiliyinin Q₂=ST₂ hissəsi soyuducuya verilməlidir. Deməli entropiya ( S ) ihə çevrilməyən istiliyin temperatur əmsalıdır. Entropiya istiliyin faydalı işə çevrilməsinin necə dəyişməsini göstərən bir əmsaldır.

Sistemin istiliyi sabit qaldıqda temperaturu azalarsa, entropiyası artar.

İstilik mübadiləsində həmşə enerji şəraitində daşınır və nəticədə istilik enerjisinin ümumi miqdarı dəyişmir, lakin temperaturu azalır, bununla da onun entropiyası artır.

Məsəən temperaturu 60⁰ S olan 5 kq suyu, temperaturu 30⁰ S olan 5 kq başqa su ilə qarışdırsaq , birinci qanuna görə sistemin ümumi enerjisi sabit qalır, lakin qarışığın orta temperaturu 45⁰ S olar . Bu sistemin temperaturu 60⁰ S olan suya nəzərən işgörmə qabiliyyəti azalır. İzolə edilmiş bu sistemdə qarışığın enerjisi miqdarca dəyişməsə də, keyfiyyətcə dəyişmişdir, onun işgörmə qabiliyyəti azalmışdır.

Bütün bu deyilənlərdən aydın olur ki, entropiya sistemin enerji halını xarakterizə edən, istiliyin itkisiz işə çevrilə bilmədiyini və istilik mübadiləsində onun işgörmə qabiliyyətinin azalmasını xarakterizə edən fiziki kəmiyyətdir :

və

olduğundan

yəni entropiya, istilik kimi madənin kütləsindən asılıdır, vahidi isə - dir. Entropiyanı ölçmək üçün xüsusi cihaz yoxdur. Entropiyanın mütləq qiymətini tapmaq üçün onun hər hansı bir temperaturda mütləq qiymətini bilmək lazımdır. Entropiyanın belə bir qiymtəi Nernst teoreminə görə təyin olunur. Bu teoremə görə bütün maddələrin entropiyası mütləq sıfır temperaturda sıfra bərabərdir :

Bu teorem bəzən termodinamikanın üçüncü qanunu adlanır.

.