Strona głównaPytania → Czwarta zasada termodynamiki

Czwarta zasada termodynamiki

Pytanie

Pyta Tomek

Jaka jest 4. zasada termodynamiki?

Odpowiedź

Odpowiada Andrzej Majhofer

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.