Перше і друге початок термодинаміки
Перш ніж розглянути перше і друге початок термодинаміки, необхідно визначитися, що саме розуміють під терміном «термодинаміка». У даному випадку слово говорить саме за себе: у ньому неважко визначити два інших - «термо» і «динаміка». При перекладі з грецької виходить «тепло, температура» і «сила, рух, зміна». Іншими словами, термодинаміка являє собою один з розділів фізики, вивчає особливості перетворення теплоти в інші форми енергії і навпаки. При цьому тепловий рух об'єктів мікросвіту (атоми, молекули, частинки) не включено до згаданого розділ і вивчається в інших галузях науки. Термодинаміка ж має справу з цілими макросистемами, для яких характерний об'єм, тиск і ін.
Дана наука ґрунтується на деяких базових особливостях (нульове, перше, друге початок термодинаміки), прийнятих за постулати. Вони були визначені експериментально і підтверджені теоретичними розрахунками. Взаємозв'язок між ними лише непряма, так як безпосередньо висновок одного початку з іншого виконати неможливо.
Існує чотири початку - з нульового по третє. Вкажемо зміст кожного з них. Нульовий початок термодинаміки стверджує, що будь-яка система прагне до термодинамічної рівноваги, тому при зникненні зовнішнього впливу зрештою виникає баланс. У ньому ізольована система може перебувати необмежений час.
Одне з основних - це перший початок термодинаміки. Вперше було сформульовано ще в 19 столітті. Фактично являє собою закон збереження енергії стосовно до подій в макросистемах термодинамічних процесів. До речі, часто саме за допомогою цього постулату заперечується можливість існування вічного двигуна, так як для здійснення роботи необхідно ззовні повідомляти системі додаткову енергію. Згідно з ним, в замкнутій ізольованій системі значення енергії завжди залишається незмінним.
Друге початок термодинаміки знайоме кожному з дитинства. Згідно з ним, теплова енергія може природним чином передаватися тільки в одному напрямку - від більш нагрітого тіла до менш нагрітого. Приміром, саме тому взимку на вулиці здається холодно, так як температура навколишнього середовища нижче, ніж у тіла людини, що і викликає тепловіддачу. Друге початок термодинаміки є одним з найвідоміших. Одне з його наслідків говорить про те, що вся внутрішня енергія системи не може бути повністю перетворена в корисну роботу. Що цікаво, другий початок термодинаміки математично неможливо довести. Шляхом постановки безлічі дослідів була виведена дана закономірність, згодом прийнята за аксіому.
Що є одним із аспектів, що характеризують другий початок термодинаміки? Ентропія! Даний термін в перекладі з грецького означає «перетворення». Ентропія характерна для будь термодинамічної системи і є функцією стану. Загалом можна вважати, що ентропія вказує на прагнення будь-якої системи до невпорядкованості. Р.Клаузиус, що запропонував цей термін для термодинамічних процесів, як пояснення навів приклад із замерзаючою водою: уявімо воду, яка знаходиться в рідкому стані на кордоні нуля градусів за Цельсієм. Варто їй повідомити порцію зовнішньої енергії, достатню для порушення рівноваги, як рідина переходить в твердий стан (лід). При цьому завдяки внутрішньому зміни структури виділяється частина енергії. У даному випадку мова йде про оборотному процесі. Відповідно, зміна ентропії є відношенням загальної кількості теплової енергії до абсолютним значенням температури. Один з наслідків вказує, що в замкнених системах без зовнішнього впливу значення ентропії зростає.