|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
KHÁM PHÁ KHOA HỌC QUAN TRỌNG NHẤT
Định luật thứ hai của nhiệt động lực học. Lịch sử và bản chất của khám phá khoa học
Cẩm nang / Những khám phá khoa học quan trọng nhất Người Anh Humphrey Davy (1788-1829) trở thành giáo sư ở tuổi 23, giành được nhiều giải thưởng khoa học và công cộng, bên cạnh đó, ông còn thêm chữ "sir" vào tên mình, được bầu làm chủ tịch Hội Hoàng gia Luân Đôn. Trong suốt cuộc đời làm khoa học lâu dài của mình, ông đã tiến hành nhiều thí nghiệm thành công. Vào đầu thế kỷ 1753, Davy đã thành công trong việc làm tan băng bằng ma sát ở nhiệt độ dưới không độ. Sau đó, kinh nghiệm được lặp lại bởi nhà khoa học người Nga Petrov. Benjamin Thompson (1814–1798), người đã di cư khỏi Mỹ sau khi Chiến tranh giành độc lập kết thúc thắng lợi và nhận danh hiệu Bá tước Rumford ở Bavaria, đã công bố kết quả thí nghiệm khoan nòng súng vào năm 960. Trong một thí nghiệm của ông, ở 37 vòng quay của mũi khoan, nhiệt độ của xi lanh khoan tăng XNUMX độ C. Davy đi đến kết luận rằng lý thuyết về nhiệt lượng không tương thích với cả thí nghiệm của Rumford và của chính ông, đồng thời đưa ra lý thuyết động học về nhiệt, theo đó nhiệt đại diện cho chuyển động dao động của các hạt của vật thể, của chất khí và chất lỏng. , ông cũng cho phép chuyển động quay của các hạt. Jung cũng tham gia lý thuyết dao động của nhiệt. Tuy nhiên, lý thuyết về calo vẫn tiếp tục thống trị. Hai công trình cơ bản nhất về lý thuyết nhiệt liên quan đến thời kỳ đang được xem xét, những công trình đã được đưa vào quỹ vàng của tài liệu khoa học một cách chính đáng, đều dựa trên khái niệm về nhiệt lượng. Tác phẩm đầu tiên trong số này, Lý thuyết phân tích nhiệt của Fourier, được xuất bản năm 1822 tại Paris và là kết quả của nhiều năm nghiên cứu của ông trong lĩnh vực vật lý toán học. Một bài luận khác thuộc về con trai của nhà toán học nổi tiếng người Pháp Lazar Carnot, Sadi Carnot. Nicolò Léonard Sadi Carnot (1796–1832) học tại Trường Bách khoa. Từ năm 1814, ông làm kỹ sư quân sự, và từ năm 1819, ông là trung úy của bộ tổng tham mưu. Là con trai của một bộ trưởng cộng hòa lưu vong, Carnot không thể thăng chức và nghỉ hưu vào năm 1828. Ông chết vì bệnh tả. Tiểu luận Thiền về Động lực của Lửa, xuất bản năm 1824, là tác phẩm hoàn chỉnh duy nhất của Carnot. Carnot viết: “Nhiệt không là gì khác ngoài một động lực, hay đúng hơn, một chuyển động đã thay đổi hình thức của nó; nó là chuyển động của các phần tử cơ thể; bất cứ nơi nào sự phá hủy động lực xảy ra, nhiệt sinh ra với một lượng tỷ lệ chính xác với lượng của động lực biến mất Ngược lại: luôn luôn có một động lực đi cùng với sự biến mất của nhiệt. Như vậy, có thể phát biểu một quan điểm chung: động lực tồn tại trong tự nhiên với lượng không thay đổi; nói đúng ra, nó không bao giờ được tạo ra, không bao giờ bị hủy diệt; trên thực tế, nó thay đổi hình thức, nghĩa là nó gây ra một loại chuyển động này, sau đó là một loại chuyển động khác, nhưng không bao giờ biến mất. Theo một số ý kiến mà tôi có về lý thuyết nhiệt, việc tạo ra một đơn vị lực cần tiêu tốn 2,7 đơn vị nhiệt. Về những dòng này, nhà khoa học nổi tiếng người Pháp Henri Poincare đã thốt lên đầy thán phục vào năm 1892: “Liệu có thể diễn đạt định luật bảo toàn năng lượng một cách rõ ràng và chính xác hơn không?” Là một kỹ sư, Carnot đã tham gia tính toán và chế tạo động cơ nước. Nhưng kể từ thời điểm đó, động cơ hơi nước ngày càng được sử dụng rộng rãi trên khắp nước Pháp, người kỹ sư trẻ bắt đầu quan tâm đến việc tạo ra lý thuyết về động cơ nhiệt. Trước đó, khoa học bị chi phối bởi quan điểm cho rằng nhiệt là một chất. Nhưng Sadi Carnot quyết định trả lời một trong những câu hỏi khó nhất trong vật lý; Trong điều kiện nào thì có thể biến nhiệt thành công? Quen thuộc với việc tính toán động cơ nước, Carnot ví nhiệt với nước. Anh ta biết rất rõ rằng để nhà máy nước hoạt động, cần có một điều kiện - nước phải rơi từ mức cao xuống mức thấp. Carnot gợi ý rằng để nhiệt hoạt động, nó cũng phải di chuyển từ mức cao xuống mức thấp và độ chênh lệch độ cao của nước tương ứng với độ chênh lệch nhiệt độ của nhiệt. Năm 1824, Sadi Carnot bày tỏ ý tưởng, nhờ đó ông đã đi vào lịch sử: để sinh công trong động cơ nhiệt cần có sự chênh lệch nhiệt độ, cần hai nguồn nhiệt có nhiệt độ khác nhau. Tuyên bố này trong lý thuyết của Carnot là tuyên bố chính và được gọi là nguyên tắc của Carnot. Dựa trên nguyên tắc mà ông rút ra, Carnot đã nghĩ ra chu trình của một động cơ nhiệt lý tưởng mà không động cơ thực tế nào có thể vượt qua. Theo Carnot, cỗ máy lý tưởng là một xi-lanh đơn giản với một pít-tông. Thành đáy của xi lanh có độ dẫn nhiệt lý tưởng, nó có thể được đặt trên bề mặt nóng, chẳng hạn như trên bề mặt của lò sưởi chứa đầy hỗn hợp chì nóng chảy và rắn, hoặc trên bề mặt của tủ lạnh chẳng hạn, với hỗn hợp nước và đá. Cả hai nguồn nhiệt đều lớn vô hạn. Định luật thứ hai của nhiệt động lực học phát biểu rằng một cỗ máy chuyển động vĩnh cửu loại thứ hai là không thể. Tuyên bố này là một cách diễn giải của nguyên tắc Carnot, và do đó hiệu suất của máy hoạt động theo chu trình Carnot không thể phụ thuộc vào chất được sử dụng trong chu trình. Carnot đã mô tả chu trình hoạt động của một động cơ nhiệt lý tưởng, chỉ ra cách tính hiệu suất tối đa của nó. Để làm điều này, chỉ cần biết nhiệt độ cao nhất và thấp nhất của hơi nước (hoặc bất kỳ chất làm mát nào khác, như Carnot đã lưu ý) được sử dụng trong máy này. Sự khác biệt giữa các nhiệt độ này, chia cho giá trị nhiệt độ cao, bằng với hiệu suất của máy. Nhiệt độ phải được biểu thị bằng độ của thang Kelvin tuyệt đối. Phương trình này được gọi là định luật thứ hai của nhiệt động lực học và mọi công nghệ đều tuân theo nó. Tính toán theo công thức Carnot cho thấy rằng các động cơ nhiệt đầu tiên không thể có hiệu suất cao hơn 7–8 phần trăm và nếu chúng ta tính đến sự rò rỉ nhiệt không thể tránh khỏi vào khí quyển, thì giá trị kết quả là 2–3 phần trăm sẽ là được công nhận là một thành tựu quan trọng... Khá nhanh chóng, cùng với hơi nước, như Carnot dự đoán, khí đốt cũng được sử dụng trong tuabin, loại khí đốt có thể được đốt nóng đến nhiệt độ cao. Nếu nhiệt độ của khí nóng trong tuabin là 800 độ Kelvin (527 độ C) và tủ lạnh giảm xuống 300 độ Kelvin, thì hiệu suất tối đa của máy, ngay cả khi nó hoạt động theo chu trình Carnot lý tưởng, là không thể. cao hơn 62 phần trăm. Như mọi khi, tổn thất nhiệt không thể tránh khỏi dẫn đến việc giảm con số này. Ví dụ tốt nhất về tuabin được lắp đặt trong các nhà máy điện hiện đại có hiệu suất 35-40%. Carnot chỉ ra một tính năng cụ thể của nhiệt. Nhiệt chỉ tạo ra công cơ học khi có "chênh lệch" nhiệt, tức là có sự chênh lệch nhiệt độ. Sự chênh lệch nhiệt độ này quyết định hiệu suất của động cơ nhiệt. Paul Clapeyron vào năm 1834 đã phát triển các ý tưởng của Carnot và giới thiệu một phương pháp đồ họa rất có giá trị trong các nghiên cứu về nhiệt động lực học. Năm 1850, tác phẩm đầu tiên của Rudolf Clausius (1822-1888) "Về động lực của nhiệt" được xuất bản, trong đó một lần nữa, sau Carnot và Clapeyron, câu hỏi lại được đặt ra về các điều kiện để biến nhiệt thành công. Nguyên tắc bảo toàn năng lượng, chỉ đòi hỏi sự bình đẳng về lượng, không đặt ra bất kỳ điều kiện nào cho sự chuyển hóa năng lượng về chất. Trong công trình này, Clausius phân tích lý thuyết của Carnot từ một quan điểm mới, từ quan điểm của lý thuyết cơ học về nhiệt. Tác phẩm của Carnot gần đây đã được hồi sinh từ đống tro tàn của sự lãng quên bởi William Thomson (Lord Kelvin) (1824-1907). "Thomson thừa nhận," PS Kudryavtsev viết trong cuốn sách "Lịch sử Vật lý", rằng quan điểm của Carnot rằng nhiệt trong máy móc chỉ được phân phối lại chứ không được tiêu thụ, là sai." Nhưng đồng thời, ông chỉ ra rằng nếu chúng ta từ bỏ kết luận của Carnot về các điều kiện để chuyển nhiệt thành công, thì sẽ gặp phải những khó khăn không thể vượt qua. Thomson kết luận rằng lý thuyết về nhiệt đòi hỏi phải tái cơ cấu nghiêm túc và nghiên cứu thực nghiệm bổ sung. Trong công trình của mình, Clausius tin rằng, cùng với định luật thứ nhất, nói rằng, "trong mọi trường hợp khi nhiệt sinh ra công, một lượng nhiệt tiêu hao tỷ lệ thuận với công nhận được," quan điểm của Carnot nên được giữ nguyên như định luật thứ hai, công việc đó được tạo ra khi nhiệt truyền từ cơ thể ấm hơn sang cơ thể lạnh hơn. Vị trí này, theo Clausius, phù hợp với bản chất của nhiệt, trong đó luôn có sự chuyển nhiệt "tự thân" từ vật nóng sang vật lạnh chứ không phải ngược lại. Ở phần đầu thứ hai, Clausius đưa ra định đề: "Nhiệt không thể "tự" truyền từ vật lạnh hơn sang vật ấm hơn." Các từ "tự nó" không có nghĩa là nhiệt hoàn toàn không thể truyền từ vật lạnh sang vật nóng (nếu không thì máy làm lạnh sẽ không thể thực hiện được). Chúng có nghĩa là không thể có các quy trình như vậy, kết quả duy nhất của nó sẽ là quá trình chuyển đổi được đề cập, mà không có các thay đổi "bồi thường" tương ứng khác. Công việc này được theo sau gần như đồng thời vào năm 1851 bởi ba bài báo của Thomson. Sau khi xem xét vấn đề chuyển hóa các dạng năng lượng khác nhau từ quan điểm định lượng, Thomson chỉ ra rằng với cùng một giá trị định lượng, không phải tất cả các dạng năng lượng đều có khả năng chuyển hóa ở mức độ như nhau. Ví dụ, có những điều kiện mà việc chuyển đổi nhiệt thành công là không thể. Định đề của Thomson nói: "Không thể, thông qua một cơ thể vô tri vô giác, để có được tác động cơ học từ bất kỳ khối vật chất nào bằng cách hạ nhiệt độ của nó xuống dưới mức lạnh nhất của các vật thể xung quanh." Phát triển quan điểm này, Thomson trong công trình năm 1857 của mình đã đi đến kết luận nổi tiếng về xu hướng chiếm ưu thế trong tự nhiên là chuyển năng lượng thành nhiệt và cân bằng nhiệt độ, điều này cuối cùng dẫn đến việc giảm hiệu suất của tất cả các vật thể xuống XNUMX, dẫn đến nhiệt cái chết. Năm 1854, Clausius trong bài viết "Về một dạng sửa đổi của định luật thứ hai của lý thuyết cơ học về nhiệt" đã chứng minh định lý Carnot, dựa trên định đề của ông, và tổng quát hóa nó, đưa ra một biểu thức toán học của định luật thứ hai dưới dạng một bất đẳng thức đối với các quá trình tuần hoàn. Trong các tác phẩm tiếp theo, Clausius giới thiệu hàm trạng thái "entropy" và đưa ra công thức toán học của xu hướng, được Thomson nhìn thấy, ở dạng vị trí "Entropy của vũ trụ có xu hướng đạt cực đại." Vì vậy, trong vật lý, cùng với "nữ hoàng của thế giới" (năng lượng), "bóng tối" của cô ấy (entropy) đã xuất hiện. Bản thân Clausius khi kết thúc công trình của mình vào năm 1865 đã viết: “Định luật thứ hai, ở dạng mà tôi đã đưa ra, nói rằng tất cả những biến đổi diễn ra trong tự nhiên theo một hướng nhất định mà tôi cho là tích cực đều có thể tự xảy ra. , tức là không bù, nhưng ngược lại, tức là theo hướng tiêu cực, chúng chỉ có thể xảy ra nếu chúng được bù bằng những biến đổi tích cực xảy ra đồng thời với chúng. Áp dụng nguyên lý này cho toàn bộ vũ trụ dẫn đến kết luận đầu tiên được chỉ ra bởi William Thomson. Thật vậy, nếu đối với tất cả những thay đổi diễn ra trong Vũ trụ, các trạng thái biến đổi theo một hướng cụ thể liên tục chiếm ưu thế về độ lớn so với các biến đổi theo hướng ngược lại, thì “trạng thái chung của Vũ trụ phải ngày càng thay đổi theo hướng thứ nhất, và do đó nó phải liên tục tiến đến trạng thái giới hạn. Tác giả: Samin D.K.
▪ Các nguyên tắc cơ bản của di truyền học
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ ZL60301 - bộ phát cho hệ thống cáp quang ▪ Bộ xử lý GPS tiết kiệm năng lượng cho thiết bị điện tử đeo được của Broadcom ▪ Drone sẽ xua đuổi đàn chim khỏi sân bay
▪ phần của trang web Ảo tưởng thị giác. Lựa chọn các bài viết ▪ bài viết Tám kẹt máy ảnh. video nghệ thuật ▪ bài viết Động vật biết khóc hay biết cười? đáp án chi tiết ▪ bài viết Khí đẩy. thí nghiệm vật lý
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela 
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này