ኢነርጂ እንዴት ነው የሚመነጨው፣ከአንድ አይነት ወደሌላ እንዴት ነው የሚለወጠው፣እና በተዘጋ ስርአት ውስጥ ሃይል ምን ይሆናል? እነዚህ ሁሉ ጥያቄዎች በቴርሞዳይናሚክስ ህጎች ሊመለሱ ይችላሉ። ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ ዛሬ በበለጠ ዝርዝር ይብራራል።
ሕጎች በዕለት ተዕለት ሕይወት ውስጥ
ሕጎች የዕለት ተዕለት ሕይወትን ይመራሉ። የመንገድ ህጎች በቆመ ምልክቶች ላይ ማቆም አለብዎት ይላሉ። መንግሥት ከደመወዛቸው የተወሰነውን ለክልልና ለፌዴራል መንግሥት እንዲሰጥ ጠይቋል። ሳይንሳዊዎች እንኳን ለዕለት ተዕለት ሕይወት ተፈጻሚነት አላቸው. ለምሳሌ፣ የስበት ህግ ለመብረር ለሚሞክሩ ሰዎች መጥፎ ውጤትን ይተነብያል። በዕለት ተዕለት ሕይወት ላይ ተጽዕኖ የሚያሳድሩ ሌላው የሳይንሳዊ ህጎች ስብስብ የቴርሞዳይናሚክስ ህጎች ናቸው። ስለዚህ በዕለት ተዕለት ሕይወት ላይ እንዴት ተጽዕኖ እንደሚያሳድሩ ለማየት አንዳንድ ምሳሌዎች እዚህ አሉ።
የመጀመሪያው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ
የመጀመሪያው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ ሃይል ሊፈጠርም ሆነ ሊጠፋ እንደማይችል ነገር ግን ከአንዱ ቅርጽ ወደ ሌላ ሊቀየር እንደሚችል ይናገራል። ይህ አንዳንድ ጊዜ የኃይል ጥበቃ ህግ ተብሎም ይጠራል. ታዲያ እንዴት ነውበዕለት ተዕለት ሕይወት ላይ ተግባራዊ ይሆናል? ደህና፣ ለምሳሌ አሁን እየተጠቀሙበት ያለውን ኮምፒውተር እንደ ምሳሌ እንውሰድ። ኃይልን ይመገባል, ግን ይህ ጉልበት ከየት ነው የሚመጣው? የመጀመሪያው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ ይህ ሃይል ከአየር ሊመጣ እንደማይችል ይነግረናል፣ ስለዚህም የመጣው ከየት ነው።
ይህን ጉልበት መከታተል ይችላሉ። ኮምፒዩተሩ በኤሌትሪክ ነው የሚሰራው ግን ኤሌክትሪክ ከየት ነው የሚመጣው? ልክ ነው ከኃይል ማመንጫ ወይም ከሃይድሮ ኤሌክትሪክ ኃይል ማመንጫ። ሁለተኛውን ካገናዘብን ወንዙን ከያዘው ግድብ ጋር ይያያዛል። ወንዙ ከኪነቲክ ሃይል ጋር ግንኙነት አለው, ይህም ማለት ወንዙ እየፈሰሰ ነው. ግድቡ ይህንን የእንቅስቃሴ ሃይል ወደ እምቅ ሃይል ይለውጠዋል።
የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ሃይል ማመንጫ እንዴት ነው የሚሰራው? ውሃ ተርባይኑን ለመዞር ያገለግላል. ተርባይኑ ሲሽከረከር ጀነሬተር ይሠራበታል ይህም ኤሌክትሪክ ይፈጥራል። ይህ ኤሌክትሪክ ሙሉ በሙሉ ከኃይል ማመንጫው ወደ ቤትዎ በሽቦ ሊሰራ ስለሚችል የኤሌክትሪክ ገመዱን ወደ ኤሌክትሪክ ሶኬት ሲሰኩ ኤሌክትሪኩ ወደ ኮምፒውተርዎ ስለሚገባ እንዲሰራ።
እዚህ ምን ሆነ? በወንዙ ውስጥ ካለው ውሃ ጋር እንደ ኪነቲክ ሃይል የተቆራኘ የተወሰነ መጠን ያለው ሃይል አስቀድሞ ነበር። ከዚያም ወደ እምቅ ኃይል ተለወጠ. ግድቡ ከዛ እምቅ ሃይል ወስዶ ወደ ኤሌትሪክነት ቀይሮ ወደ ቤትዎ ገብቶ ኮምፒዩተራችሁን ማብቃት ይችላል።
ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ
ይህን ህግ በማጥናት አንድ ሰው ጉልበት እንዴት እንደሚሰራ እና ለምን ሁሉም ነገር ወደ አቅጣጫ እንደሚሄድ መረዳት ይችላል።ሊከሰት የሚችል ትርምስ እና ትርምስ. ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ የኢንትሮፒ ህግ ተብሎም ይጠራል። አጽናፈ ሰማይ እንዴት እንደተፈጠረ አስበህ ታውቃለህ? እንደ ቢግ ባንግ ቲዎሪ ሁሉም ነገር ከመወለዱ በፊት ከፍተኛ መጠን ያለው ጉልበት ተሰብስቧል። ዩኒቨርስ ከቢግ ባንግ በኋላ ታየ። ይህ ሁሉ ጥሩ ነው, ግን ምን ዓይነት ጉልበት ነበር? በጊዜ መጀመሪያ ላይ, በአጽናፈ ሰማይ ውስጥ ያለው ኃይል ሁሉ በአንጻራዊ ሁኔታ ትንሽ በሆነ ቦታ ላይ ይገኝ ነበር. ይህ ከፍተኛ ትኩረት እምቅ ኃይል የሚባለውን ከፍተኛ መጠን ይወክላል። በጊዜ ሂደት፣ በአጽናፈ ዓለማችን ሰፊ ስፋት ተሰራጭቷል።
በአነስተኛ ደረጃ በግድቡ የተያዘው የውሃ ማጠራቀሚያ ቦታው በግድቡ ውስጥ እንዲገባ ስለሚያደርግ እምቅ ሃይል ይዟል። በእያንዳንዱ ሁኔታ, የተከማቸ ሃይል, አንዴ ከተለቀቀ, ተዘርግቶ ያለ ምንም ጥረት ያደርጋል. በሌላ አገላለጽ, እምቅ ኃይልን መለቀቅ ተጨማሪ መገልገያዎችን ሳያስፈልግ የሚፈጠር ድንገተኛ ሂደት ነው. ሃይል ሲሰራጭ አንዳንዶቹ ወደ ጠቃሚ ሃይል ይቀየራሉ እና አንዳንድ ስራዎችን ያከናውናሉ. ቀሪው ወደማይጠቅም ተቀይሯል፣ በቀላሉ ሙቀት ይባላል።
አጽናፈ ሰማይ እየሰፋ ሲሄድ፣ አነስተኛ እና ያነሰ ጥቅም ላይ የሚውል ሃይልን ይይዛል። ብዙም ጥቅም ከሌለው ያነሰ ሥራ ሊሠራ ይችላል. ውሃው በግድቡ ውስጥ ስለሚፈስ አነስተኛ ጠቃሚ ኃይልም ይዟል. ይህ በጊዜ ሂደት ጥቅም ላይ የሚውል የኃይል መቀነስ ኢንትሮፒ (ኤንትሮፒ) ይባላልበስርአቱ ውስጥ ጥቅም ላይ ያልዋለው የሃይል መጠን፣ እና ስርዓቱ የቁሶች ስብስብ ብቻ ሲሆን ሙሉ በሙሉ።
Entropy ድርጅት በሌለበት ድርጅት ውስጥ የዘፈቀደ ወይም ትርምስ መጠን ተብሎም ሊጠራ ይችላል። ጥቅም ላይ የሚውለው ሃይል ከጊዜ ወደ ጊዜ እየቀነሰ ሲሄድ, አለመደራጀት እና ትርምስ ይጨምራሉ. ስለዚህ, የተከማቸ እምቅ ኃይል እንደተለቀቀ, ይህ ሁሉ ወደ ጠቃሚ ኃይል አይለወጥም. ሁሉም ስርዓቶች በጊዜ ሂደት የኢንትሮፒን መጨመር ያጋጥማቸዋል. ይህ ለመረዳት በጣም አስፈላጊ ነው እና ይህ ክስተት ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ ይባላል።
Entropy: ዕድል ወይም ጉድለት
እርስዎ እንደገመቱት ሁለተኛው ህግ የመጀመሪያውን የሚከተል ሲሆን በተለምዶ የኃይል ጥበቃ ህግ ተብሎ የሚጠራ ሲሆን ሃይል ሊፈጠር እንደማይችል እና ሊጠፋ እንደማይችል ይናገራል. በሌላ አነጋገር በአጽናፈ ሰማይ ውስጥ ያለው የኃይል መጠን ወይም ማንኛውም ስርዓት ቋሚ ነው. ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ በተለምዶ የኢንትሮፒ ህግ ተብሎ የሚጠራ ሲሆን ጊዜ እያለፈ ሲሄድ ሃይል ጥቅሙ እየቀነሰ እና ከጊዜ ወደ ጊዜ ጥራቱ እየቀነሰ ይሄዳል ይላል። ኢንትሮፒ ማለት ስርዓቱ ያለው የዘፈቀደ ወይም ጉድለት ነው። ስርዓቱ በጣም የተዘበራረቀ ከሆነ, ከዚያም ትልቅ ኢንትሮፒየም አለው. በስርአቱ ውስጥ ብዙ ስህተቶች ካሉ ኢንትሮፒ ዝቅተኛ ነው።
በቀላል አነጋገር ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ የአንድ ስርአት ኢንትሮፒ በጊዜ ሂደት ሊቀንስ እንደማይችል ይገልጻል። ይህ ማለት በተፈጥሮ ነገሮች ከሥርዓት ወደ ብጥብጥ ሁኔታ ይሄዳሉ ማለት ነው። እና የማይቀለበስ ነው. ስርዓቱ በጭራሽበራሱ የበለጠ ሥርዓታማ ይሆናል. በሌላ አነጋገር, በተፈጥሮ ውስጥ, የስርዓት ኢንትሮፒ (ኢንትሮፒ) ሁልጊዜ ይጨምራል. ለማሰብ አንዱ መንገድ ቤትዎ ነው። በፍፁም ካላጸዱት እና ቫክዩም ካላደረጉት፣ በጣም በቅርብ ጊዜ ውስጥ አሰቃቂ ሁኔታ ይደርስብዎታል። ኢንትሮፒ ጨምሯል! እሱን ለመቀነስ የአቧራውን ገጽታ ለማጽዳት ቫኩም ማጽጃ እና ማጽጃ ለመጠቀም ሃይልን መጠቀም ያስፈልጋል። ቤቱ እራሱን አያፀዳም።
ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ ምንድን ነው? በቀላል ቃላቶች ውስጥ ያለው አጻጻፍ ሃይል ከአንዱ ወደ ሌላ ሲቀየር ቁስ አካል በነፃነት ይንቀሳቀሳል ወይም በተዘጋ ስርዓት ውስጥ ያለው ኢንትሮፒ (ዲስኦርደር) ይጨምራል ይላል። የሙቀት፣ የግፊት እና የክብደት ልዩነት በጊዜ ሂደት በአግድም ወደላይ ይቀየራል። በስበት ኃይል ምክንያት, ጥንካሬ እና ግፊት በአቀባዊ እኩል አይደሉም. ከታች ያለው ጥግግት እና ግፊት ከላይ ካለው የበለጠ ይሆናል. ኢንትሮፒ የቁስ እና የኢነርጂ መስፋፋት መለኪያ ነው የትም ሊደርስበት ይችላል። የሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ በጣም የተለመደው ቀመር በዋናነት ከሩዶልፍ ክላውስየስ ጋር የተያያዘ ነው፣ እሱም እንዲህ አለ፡-
የሙቀት መጠን ዝቅተኛ ከሆነ የሰውነት ሙቀት ወደ ከፍተኛ የሙቀት መጠን ከማስተላለፍ ውጭ ሌላ ውጤት የማያመጣ መሳሪያ መገንባት አይቻልም።
በሌላ አነጋገር ሁሉም ነገር በጊዜ ሂደት ተመሳሳይ ሙቀትን ለመጠበቅ ይሞክራል። የተለያዩ ቃላትን የሚጠቀሙ የሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ ብዙ ቀመሮች አሉ ነገርግን ሁሉም ማለት አንድ ነው። ሌላ የክላውሲየስ መግለጫ፡
ሙቀት ራሱ አይደለም።ከጉንፋን ወደ ሙቅ ሰውነት መሄድ።
ሁለተኛው ህግ የሚመለከተው በትልልቅ ስርዓቶች ላይ ብቻ ነው። ጉልበት ወይም ቁስ በሌለበት ስርአት ሊኖር የሚችለውን ባህሪ ይመለከታል። ስርዓቱ በትልቁ፣የሁለተኛው ህግ የመሆን እድሉ ይጨምራል።
ሌላ የሕጉ ቃል፡
ጠቅላላ ኢንትሮፒ ሁልጊዜም በራስ ተነሳሽነት ይጨምራል።
በሂደቱ ሂደት ውስጥ የኢንትሮፒ ΔS መጨመር ከሙቀት መጠን Q ወደ ስርዓቱ ወደ ሙቀቱ ወደሚተላለፍበት የሙቀት መጠን T ሬሾ መብለጥ ወይም እኩል መሆን አለበት። የሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ ቀመር፡
ቴርሞዳይናሚክስ ሲስተም
በአጠቃላይ የሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ ቀረጻ በቀላል አነጋገር በስርዓቶች መካከል ባለው ግንኙነት መካከል ያለው የሙቀት ልዩነት ወደ እኩልነት እንደሚሄድ እና ስራ ከእነዚህ ሚዛናዊ ካልሆኑ ልዩነቶች ሊገኝ እንደሚችል ይገልጻል። ነገር ግን በዚህ ሁኔታ, የሙቀት ኃይል ማጣት አለ, እና ኢንትሮፒየም ይጨምራል. በገለልተኛ ስርዓት ውስጥ የግፊት ፣ የክብደት እና የሙቀት ልዩነት እድሉ ከተሰጠ እኩል ይሆናል ። ጥግግት እና ግፊት, ነገር ግን የሙቀት አይደለም, በስበት ኃይል ላይ የተመካ ነው. የሙቀት ሞተር በሁለት አካላት መካከል ባለው የሙቀት ልዩነት ምክንያት ጠቃሚ ስራን የሚሰጥ ሜካኒካል መሳሪያ ነው።
ቴርሞዳይናሚክስ ሲስተም በዙሪያው ካለው አካባቢ ጋር መስተጋብር የሚፈጥር እና ኃይልን የሚለዋወጥ ነው። ልውውጥ እና ማስተላለፍ ቢያንስ በሁለት መንገዶች መከናወን አለበት. አንዱ መንገድ የሙቀት ማስተላለፊያ መሆን አለበት. ከሆነቴርሞዳይናሚክስ ሲስተም "በሚዛን ላይ ነው"፣ ከአካባቢው ጋር ሳይገናኝ ሁኔታውን ወይም ሁኔታውን መለወጥ አይችልም። በቀላል አነጋገር፣ ሚዛናዊ ከሆኑ፣ “ደስተኛ ሥርዓት” ነዎት፣ ምንም ማድረግ አይችሉም። የሆነ ነገር ለማድረግ ከፈለግክ ከውጭው አለም ጋር መስተጋብር መፍጠር አለብህ።
ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ፡የሂደቶች የማይቀለበስ
ሙቀትን ሙሉ በሙሉ ወደ ሥራ የሚቀይር ዑደታዊ (ተደጋጋሚ) ሂደት እንዲኖር ማድረግ አይቻልም። እንዲሁም ሥራን ሳይጠቀሙ ሙቀትን ከቀዝቃዛ ነገሮች ወደ ሙቅ ነገሮች የሚያስተላልፍ ሂደት ሊኖር አይችልም. በምላሽ ውስጥ የተወሰነ ኃይል ሁል ጊዜ ለማሞቅ ይጠፋል። እንዲሁም ስርዓቱ ሁሉንም ጉልበቱን ወደ ሥራ ጉልበት መቀየር አይችልም. የሕጉ ሁለተኛ ክፍል የበለጠ ግልጽ ነው።
ቀዝቃዛ ሰውነት የሞቀ ሰውነትን ማሞቅ አይችልም። ሙቀት በተፈጥሮው ከሞቃታማ ወደ ቀዝቃዛ ቦታዎች ይፈስሳል. ሙቀቱ ከቀዝቃዛ ወደ ሙቀት ከሄደ "ተፈጥሯዊ" ከሚለው ጋር ተቃራኒ ነው, ስለዚህ ስርዓቱ እንዲከሰት አንዳንድ ስራዎችን ማከናወን አለበት. በተፈጥሮ ውስጥ የሂደቶች የማይቀለበስ ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ ነው። ይህ ምናልባት በጣም ታዋቂው (ቢያንስ በሳይንቲስቶች መካከል) እና በሁሉም የሳይንስ አስፈላጊ ህግ ነው. ከቀመሮቹ አንዱ፡
የዩኒቨርስ ኢንትሮፒ ወደ ከፍተኛ ነው።
በሌላ አነጋገር፣ ኢንትሮፒ ወይ እንዳለ ይቆያል ወይም ትልቅ ይሆናል፣የዩኒቨርስ ኢንትሮፒ በፍፁም ሊቀንስ አይችልም። ችግሩ ሁል ጊዜ መሆኑ ነው።ቀኝ. አንድ ጠርሙስ ሽቶ ወስደህ ክፍል ውስጥ ብትረጨው ብዙም ሳይቆይ ጥሩ መዓዛ ያላቸው አቶሞች ሙሉውን ቦታ ይሞላሉ እና ይህ ሂደት የማይቀለበስ ነው።
በቴርሞዳይናሚክስ ውስጥ ያሉ ግንኙነቶች
የቴርሞዳይናሚክስ ህጎች በሙቀት ኃይል ወይም በሙቀት እና በሌሎች የኃይል ዓይነቶች መካከል ያለውን ግንኙነት እና ጉልበት ቁስ አካልን እንዴት እንደሚጎዳ ይገልፃሉ። የመጀመሪያው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ ኃይል ሊፈጠር ወይም ሊጠፋ እንደማይችል ይናገራል; በአጽናፈ ሰማይ ውስጥ ያለው አጠቃላይ የኃይል መጠን ሳይለወጥ ይቆያል። ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ ስለ ሃይል ጥራት ነው። ሃይል ሲዘዋወር ወይም ሲቀየር የበለጠ ጥቅም ላይ የሚውል ሃይል እንደሚጠፋ ይገልጻል። ሁለተኛው ህግ ደግሞ የትኛውም የተገለለ ስርዓት የበለጠ የተዘበራረቀ የመሆን ተፈጥሯዊ ዝንባሌ እንዳለ ይገልጻል።
በተወሰነ ቦታ ላይ ቅደም ተከተል ሲጨምር እንኳን አካባቢን ጨምሮ አጠቃላይ ስርዓቱን ከግምት ውስጥ ስታስገባ ሁሌም የኢንትሮፒ መጨመር ይሆናል። በሌላ ምሳሌ, ውሃ በሚተንበት ጊዜ ክሪስታሎች ከጨው መፍትሄ ሊፈጠሩ ይችላሉ. ክሪስታሎች መፍትሄ ውስጥ ከጨው ሞለኪውሎች የበለጠ የታዘዙ ናቸው; ነገር ግን የተነፈሰው ውሃ ከፈሳሽ ውሃ የበለጠ የተዘበራረቀ ነው። በአጠቃላይ የተወሰደው ሂደት የተጣራ የችግር መጨመርን ያስከትላል።
ስራ እና ጉልበት
ሁለተኛው ህግ የሙቀት ሃይልን 100 በመቶ ብቃት ወደ ሜካኒካል ሃይል መቀየር እንደማይቻል ያብራራል። ጋር አንድ ምሳሌ ሊሰጥ ይችላል።በመኪና. ፒስተን ለመንዳት ግፊቱን ለመጨመር ጋዙን ከማሞቅ ሂደት በኋላ ሁል ጊዜ በጋዝ ውስጥ ምንም ተጨማሪ ስራ ለመስራት ጥቅም ላይ ሊውል የማይችል ሙቀት ይኖራል። ይህ ቆሻሻ ሙቀትን ወደ ራዲያተሩ በማስተላለፍ መጣል አለበት. የመኪና ሞተርን በተመለከተ ይህ የሚደረገው ያጠፋውን ነዳጅ እና የአየር ድብልቅ ወደ ከባቢ አየር በማውጣት ነው።
በተጨማሪም ማንኛውም የሚንቀሳቀስ አካል ያለው መሳሪያ መካኒካል ሃይልን ወደ ሙቀት የሚቀይር ግጭት ይፈጥራል ይህም አብዛኛውን ጊዜ ጥቅም ላይ ሊውል የማይችል እና ወደ ራዲያተር በማስተላለፍ ከሲስተሙ መወገድ አለበት። ሞቃት አካል እና ቀዝቃዛ አካል እርስ በርስ ሲገናኙ, የሙቀት ምጣኔ (thermal equilibrium) እስኪደርሱ ድረስ የሙቀት ኃይል ከሙቀቱ አካል ወደ ቀዝቃዛው አካል ይፈስሳል. ይሁን እንጂ ሙቀቱ በሌላ መንገድ አይመለስም; በሁለት አካላት መካከል ያለው የሙቀት ልዩነት በድንገት አይጨምርም። ሙቀትን ከቀዝቃዛ ሰውነት ወደ ሙቅ አካል ማዛወር በውጫዊ የኃይል ምንጭ እንደ የሙቀት ፓምፕ ያሉ ስራዎችን ይጠይቃል።
የዩኒቨርስ እጣ ፈንታ
ሁለተኛው ህግ የአጽናፈ ዓለሙን መጨረሻም ይተነብያል። ይህ የመጨረሻው የሥርዓት መዛባት ደረጃ ነው፣ በየቦታው የማያቋርጥ የሙቀት ምጣኔ (thermal equilibrium) ካለ፣ ምንም ሥራ መሥራት አይቻልም፣ እናም ሁሉም ኃይል እንደ አተሞች እና ሞለኪውሎች የዘፈቀደ እንቅስቃሴ ያበቃል። በዘመናዊው መረጃ መሠረት, ሜታጋላክሲው እየሰፋ ያለ ቋሚ ያልሆነ ስርዓት ነው, እና ስለ አጽናፈ ሰማይ ሙቀት ሞት ምንም መናገር አይቻልም. ሙቀት ሞትሁሉም ሂደቶች የሚቆሙበት የሙቀት ምጣኔ (thermal equilibrium) ሁኔታ ነው።
ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ የተዘጉ ሲስተሞችን ብቻ ስለሚመለከት ይህ አቋም የተሳሳተ ነው። እና አጽናፈ ሰማይ, እንደሚያውቁት, ገደብ የለሽ ነው. ሆኖም “የዩኒቨርስ ሙቀት ሞት” የሚለው ቃል አንዳንድ ጊዜ ለወደፊት የአጽናፈ ዓለማት እድገት ሁኔታን ለማመልከት ይጠቅማል፣በዚህም መሰረት ወደ ተበታተነ ቀዝቃዛ አቧራነት እስኪቀየር ድረስ ወደ ጨለማው ቦታ መስፋፋቱን ይቀጥላል።.
