열역학 제2법칙 - Second law of thermodynamics

열역학 제2법칙 - Second law of thermodynamics

열역학 제2법칙은 격리된 시스템의 총 엔트로피는 시간이 지남에 따라 결코 감소할 수 없으며, 모든 과정이 가역될 수 있는 경우에만 일정하다고 명시하고 있다. 고립된 시스템은 자연적으로 열역학적 평형, 즉 최대 엔트로피를 가진 상태로 진화한다. 시스템과 그 주변 환경의 총 엔트로피는 시스템이 열역학적 평형 상태에 있거나 가역적 과정을 거치고 있는 이상적인 경우에서 일정하게 유지될 수 있다. 자발적 프로세스를 포함하여 발생하는 모든 프로세스에서 시스템과 그 주변 환경의 총 엔트로피는 증가하고 그 과정은 열역학적 의미에서 되돌릴 수 없다. 엔트로피의 증가는 자연 과정의 불가역성과 미래와 과거의 비대칭성을 설명한다. 역사적으로 제2법칙은 열역학 이론의 공리로 받아들여지는 경험적 발견이었다. 고전학 또는 양자학인 통계역학은 그 법칙의 미시적 기원을 설명한다. 제2법칙은 여러 가지로 표현되어 왔다. 그것의 첫 공식은 1824년에 열기관에서 일하는 열 전환의 효율성에 상한선이 있다는 것을 보여준 프랑스 과학자 Sadi Carnot의 공로를 인정받았다. 제2법칙의 이러한 측면은 카르노의 지배나 한계로도 알려져 있다.

설명

열역학 제1법칙은 열역학계의 내부 에너지에 대한 정의를 제공하며, 에너지 보존의 법칙을 표현한다. 제2법칙은 자연과정의 방향과 관련이 있다. 그것은 자연적인 과정은 오직 한 가지 의미로만 진행되며, 되돌릴 수 없다고 주장한다. 예를 들어 전도와 방사선의 경로를 이용할 수 있게 되면 열은 항상 더 뜨거운 몸에서 더 차가운 몸으로 자연적으로 흐른다. 그러한 현상은 엔트로피 측면에서 설명된다. 내부 분할 불침투성 벽에 의해 격리된 시스템이 초기에는 내부 열역학적 평형 상태로 유지되고, 그 다음에 어느 정도의 조작으로 벽이 더 투과성 있게 된다면, 시스템은 자연적으로 진화하여 최종적인 새로운 내부 열역학적 평형에 도달하게 되고, 그 총 엔트로피인 S가 증가하게 된다.

가상의 되돌릴 수 있는 프로세스에서 시스템의 엔트로피(dS)의 극미량 증가는 평형상태의 시스템의 공통온도(T)와 공급되는 주변으로 나누어진 폐쇄계통으로의 열(ΔQ)의 극미량 전달에서 비롯된다.

엔트로피는 상태 함수인 반면 열은 작업과 마찬가지로 상태가 아니기 때문에 극소량의 열(Δ)과 극미량의 엔트로피(d)에 다른 표기법이 사용된다. 주위와의 질량 교환 없이 실제로 가능한 최소 공정의 경우, 두 번째 법칙은 시스템 엔트로피의 증가는 불평등을 충족시킬 것을 요구한다.

이는 일반적인 이 경우에 화학 반응이 진행 중이거나 열 전달이 실제로 시스템 온도(T) 사이의 유한한 차이에 의해 불가역적으로만 발생하기 때문에 시스템 내부에서 마찰 또는 점성 효과를 가질 수 있는 주변부의 작업이 포함될 수 있기 때문이다. 주변 온도(Tsurr) 순수 열 흐름에는 여전히 동등성이 적용된다는 점에 유의해야한다

이는 측정된 열 용량 곡선 및 위상 전환 시 엔트로피 변화(즉, 칼로리 측정)에서 순수 물질의 절대 엔트로피의 정확한 결정의 기초가 된다. 일련의 내부 변수 ξ을 도입하여 (정확히 정의된 균일한 압력 P와 온도 T) 화학적 평형 상태에서 열역학 시스템의 편차를 기술하면, 동등성을 기록할 수 있다.

두 번째 용어는 외부의 영향에 의해 동요될 수 있는 내부 변수의 작업을 나타내지만, 시스템은 내부 변수를 통해 어떠한 긍정적인 작업도 수행할 수 없다. 이 진술은 열역학 계통의 진화가 제때에 되돌리는 것이 불가능하다는 것을 소개하고 열역학 제2원리인 제형(제형)의 공식으로 생각할 수 있는데, 이는 물론 엔트로피 측면에서 원칙의 제형과 동등한 것이다. 통상적인 짧은 성명에서 열역학이라는 제로트 법칙은 열 평형과 관련된 두 개의 신체가 같은 온도를 가지고 있으며, 특히 시험 신체가 기준 열량 신체와 동일한 온도를 가지고 있다는 것을 인식할 수 있게 한다. 다른 것과 열 평형 상태에 있는 신체의 경우 일반적으로 특정 기준 열량 신체의 특성에 따라 경험적 온도 척도가 무한히 많다. 제2법칙은 특정 기준 열량체의 특성과는 무관하게 절대 열역학적 온도를 정의하는 구별되는 온도 척도를 허용한다.