Sərbəst iş Fakültə Riyaziyyat İxtisas Riyaziyyat Fənn Fizika Müəllim dos. S sadıqova

3 TERMODİNAMİKANIN İKİNCİ QANUNU

Məlum olduğu kimi, istilik prosesləri dönməyən proseslərdir. Yəni prosesdə iştirak edən hissəciklərin xaotiklik dərəcəsi elə səviyyəyə gəlmişdir ki, onlar özbaşına nizamlı hala gələ bilməzlər. Bu prinsipin hərtərəfli tərifini vermək üçün entropiya anlayışı ilə tanış olaq. Fərz edək ki, sistem bir neçə sərbəst hissədən ibarətdir. Həmin hissələrin termodinamik ehtimallarını uyğun olaraq W₁, W₂,... W_n ilə işarə edək. İki ehtimal var: riyazi ( R ) və termodinamik (W). R ≤1, W≥1. Onda bütün sistemin ehtimalı

W =W₁.W₂....W_n (13) kimi təyin olunur. Ona görə də sistemin halını ehtimalla xarakterizə etmək əlverişli deyil. (13) ifadəsini loqarifmalasaq lnW = lnW₁ + lnW₃ +...+ lnW_n (14)

alarıq. İlk dəfə olaraq Bolsman istilik hərəkətində xaotiklik ölçüsü olaraq ehtimalın loqarifması ilə mütənasib olan S funksiyasını götürməyi təklif etmişdir.

S = klnW = klnW₁ + klnW₂ +...klnW_n (15)

və yaS = S₁ + S₂ +...S_n (16)

k-nı Bolsman sabiti qəbul etsək, S funksiyasına sistemin xaotiklik dərəcəsini xarakterizə edən və tam diferensial funksiya olan entropiya deyilir. Əgər sistemi təşkil edən bütün molekullar eyni bucaq sürətilə hərəkət edirsə onlar üçün

W_niz =1; S_niz = knln1= 0 (17)

olur. Yəni mütləq nizamlı hərəkətin entropiyası sıfırdır. Mexaniki hərəkət həmişə nizamlı olduğundan onun entropiyası da sıfır olur.

Smее = 0

Əgər ideal qazın V həcmində N sayda hissəcik varsa, onun ehtimalı

W ~ V ^N ; S = kNlnV +const (18)

Qazın boşluğa genişlənməsi zamanı həcmi iki dəfə artmışsa

S = kNln2V −kNlnV = kNln2  0 (19)

1kmol qaz üçün

S = kN₀ ln2 = 0,693R  5,75kC (kmoläÿð) (20)

S molekulların xaotik hərəkətlərinin artma ölçüsüdür. (19)-a əsasən

V²

S = Rln (21)

V₁ alınır. Qazın genişlənməsi izotermik olaraq baş verirsə dönən prosesdə qaza verilən istilik miqdarı

V²

Q_äþíÿí =A = RT ln (22)

V₁

Dönən proses üçün S və Q ifadələrinin müqayisə-sindən

Q^äþíÿí

S = (23) T

alınır. Yəni entropiyanın artması ədədi qiymətcə cismə verilən istilik miqdarının cismin mütləq temperaturuna nisbətilə xarakterizə edilir.

(23) ifadəsi ilk dəfə Klauzius tərəfindən verilmiş, lakin onun fiziki mənası Bolsman tərəfindən ehtimalla əlaqəsi verildikdən sonra aydınlaşdırıldı.

İki cismin arasında istilik mübadiləsi dönən olan halda onların temperaturları eyni olur.

Dönən proseslər üçün ehtimal və beləliklə də, entropiya sabit qalır. Həqiqətən də

S = S₁ + S₂ (24) Əgər 1 cismi Q qədər enerji itirir, 2 cismi o qədər enerji əldə edirsə, eyni T temperaturunda

S₁ = ^−Q (25)

T

S₂ = ^{+ }Q (26)

T

S = S₁ + S₂ = 0 (27)

T₁ T₂ olduqda isə S₁ = ^−Q (28) T₂

S₂ = ^{+ }Q (29) T₂

S = S₁ + S₂ = − ^TQ₁ + ^Q = Q^T1₂ −T1₁ ^  0 (30)

T₂ 

1 1

 olduğundan dönməyən proses ehtimalın artma istiqamətində baş verdiyindən bu

T2 T1

halda entropiya da artır.

Beləliklə, termodinamikanın ikinci prinsipi aşağıdakı kimi ifadə oluna bilər: makroskopik sistemdə baş verən bütün proseslər zamanı sistem özbaşına ən çox ehtimallı haldan ən az ehtimallı hala keçə bilməz. Sistemin son halının ehtimalı ya başlanğıc halın ehtimalı ilə eyni olur, ya da ondan çox olur.

Başqa sözlə, sistem heç vaxt özbaşına maksimal entropiyalı haldan minimal ehtimallı hala keçə bilməz. Yəni dönən proseslərdə entropiya sabit qalır, dönməyən proseslərdə isə artır.

S  0 (31)

Klauziusa görə istilik heç vaxt özbaşına aşağı temperaturlu sistemdən yüksək temperaturlu sistemə axa bilməz.

Tomson və Planka görə:

Yeganə nəticəsi istilik mənbəyinin soyuması və buna ekvivalent iş görülməsi olan proses mümkün deyildir. Yəni, elə bir istilik mühərriki qurmaq olmaz ki, o, ətraf mühitdə heç bir dəyişiklik yaratmadan yalnız müəyyən mənbənin hesabına daima işləyə bilsin.

Başqa sözlə, II növ "perpetium mobile" qurmaq olmaz.

İlk baxışda müxtəlif görünən bu təriflərin hamısı mahiyyət etibarilə eynidir.

Termodinamikanın II prinsipini onun I prinsipindən fərqləndirən ən əsas xüsusiyyətlərindən biri, bu qanunun termodinamik prosesin halını xarakterizə etməklə yanaşı onun başvermə istiqamətini də aydınlaşdırmasıdır.
4