Jaka jest 4. zasada termodynamiki?
Jaka jest 4. zasada termodynamiki?
W powszechnie używanej przez fizyków terminologii występują jedynie trzy zasady termodynamiki:
I. Zasada termodynamiki (zasada zachowania energii):
Zmiana energii wewnętrznej ciała równa jest sumie ciepła pobranego przez ciało i pracy wykonanej nad ciałem przez siły zewnętrzne
II Zasada termodynamiki (sformułowanie Clausiusa):
Nie istnieje proces, w którym ciepło przechodziłoby samorzutnie od ciał chłodniejszych do ciał bardziej ogrzanych (za Encyklopedią Fizyki PWN, t3, str. 551).
III Zasada termodynamiki (twierdzenie Nernsta):
W ustalonej objętości lub pod stałym ciśnieniem entropia układu dąży do zera, gdy temperatura dąży do zera bezwzględnego.
Do tych zasad dodawana jest też tzw. „Zerowa zasada termodynamiki”:
Jeżeli ciało A jest w równowadze termicznej z ciałem B, a ciało B jest w równowadze termicznej z ciałem C, to jednocześnie ciało A jest w równowadze termicznej z ciałem C.
IV Zasadą termodynamiki nazywa się często twierdzenie Onsagera. Twierdzenie to dotyczy procesów nieodwracalnych:
Współczynniki kinetyczne procesów przebiegających blisko stanów równowagi termodynamicznej spełniają zależność:
Lik = Lki w przypadku, gdy nie występuje zewnętrzne pole magnetyczne
Lik (B) = Lki (-B), gdy występuje zewnętrzne pole magnetyczne
(a także Lik(omega) = Lik (-omega), gdy układ obraca się z prędkością kątową omega)
Objaśnienie: współczynnik kinetyczny Lik wiąże strumień wielkości i z tzw. siłą termodynamiczną k. Dla przykładu: wystąpienie różnic potencjału (U) w ośrodku przewodzącym powoduje przepływ prądu elektrycznego (Je). Wystąpieniu różnic temperatury (T) towarzyszy przepływ ciepła – strumień ciepła oznaczmy Jq. Jeśli występują jednocześnie różnice potencjału i różnice temperatur, to w ośrodku pojawia się zarówno prąd elektryczny jak i przepływ ciepła, przy czym
Je = – Lee*grad(U) – Leq *grad(T)/T
Jq = – Lqq*grad(T)/T – Lqe*grad(U)
i zgodnie z twierdzeniem Onsagera zachodzi równość współczynników opisujących „efekt krzyżowy”
Leq=Lqe
(siłą termodynamiczną powodującą przepływ prądu jest -grad(U), zaś siłą odpowiedzialną za przepływ ciepła -grad(T)/T) ).
Powyższy opis jest nieco uproszczony – obszerniej o teorii Onsagera i innych teoriach procesów nierównowagowych przeczytać można w książce Kazimierza Gumińskiego „Termodynamika procesów nieodwracalnych”. Niektórzy autorzy czwartą zasadą termodynamiki nazywają też
Zasadę najmniejszego tworzenia entropii (sformułowaną przez Ilję Prigogine’a) – zasada ta także opisuje procesy nierównowagowe.