Если подумать, работа, совершаемая над телом, преобразуется в какую-то форму энергии. Но почему оно в конечном итоге имеет тенденцию выделять тепло? В физике мы все говорим о рассеянии энергии в виде тепла, но почему не об электричестве или даже о свете (так или иначе он имеет тенденцию образовывать тепло, за исключением исключений). Почему термин «тепловая смерть» так распространен для непригодной энергии , а не, скажем, «электрическая смерть»? Какой особый механизм, если таковой вообще существует, следит за тем, чтобы вся энергия тратилась впустую в виде тепла, а не в какой-то другой непригодной форме?
Тепло означает столкновения .
Энергия может рассеиваться излучением (светом или фотонами). Придуманный термин - «радиационные потери». Это очень важный источник потерь для ускорителей с круговым лучом (или любого другого устройства, ускоряющего заряженные частицы, скажем, антенны) и для космического корабля, возвращающегося в атмосферу перед аварией/приземлением на Землю. Очень важным понятием относительно радиационных потерь является понятие черных тел . Человеческое тело как черное тело рассеивает больше энергии за счет излучения (для поддержания температуры на уровне 37 °C), чем при выполнении работы (движении, разговоре, мышлении и т. д.).
Ключевое понятие для дальнейшего чтения: энтропия .
Энтропия изучается с помощью статистической физики (из которой можно вывести термодинамику как предельный случай).
Передачу импульса от частиц можно рассматривать как случайный процесс с неопределенностью в отношении того, какой импульс передается от одной частицы к другой.
Передача импульса зависит от угла столкновения, импульса сталкивающихся частиц и сечения столкновения. Сечение содержит информацию о физическом взаимодействии (твердые сферы, кулоновская сила и т. д.), которое мы называем столкновением.
Кроме того, столкновения между частицами происходят в таком малом масштабе, что необходимо принимать во внимание квантово-механическую теорему Гейзенберга о неопределенности, означающую, что мы не можем быть уверены, как именно две частицы будут обмениваться импульсом.
Все это приводит к распределению входной энергии, отдаваемой физической системе, между многими ее компонентами (1 моль = частицы). Это то, что мы называем рассеянием энергии. Затем для описания состояния системы мы используем распределения импульса, скорости и энергии (см. Распределение Максвелла-Больцмана ).
Энтропия — это величина, которая контролирует поведение этих распределений. Затем тепло описывает преобразование распределения (смещение среднего значения распределения, выравнивание распределения), которое допускается тем, как должна развиваться энтропия ( 2-й принцип термодинамики ).
Подводить итоги:
Тепло <=> столкновение <=> случайный процесс передачи импульса + неопределенность в отношении количества переданного импульса => изменение энтропии + модификация распределения энергии <=> рассеяние (или растрата) энергии
Это можно объяснить вторым законом термодинамики, в котором говорится об энтропии. Энтропия — это беспорядок. Что такое тепло? На самом деле теплота используется для количественной оценки энтропии. Чтобы произошел любой процесс, энтропия всей системы должна возрастать. Это означает, что процесс должен привести к конечному увеличению беспорядка, который можно рассматривать как повышение температуры, поскольку это увеличение беспорядка и есть «производство тепла», о котором вы говорите.
Тепло – это внутренняя форма энергии. Это энергия в пути или фактически средство для передачи энергии. Не поймите меня неправильно — тепло определенно является энергией, но я бы предпочел, чтобы его рассматривали как транспортное средство, а не как хранилище. Другая машина в рабочем состоянии .
Тепло — это передача энергии очень грубым и случайным образом. Обеспечивая тепло, увеличивает температуру и увеличивает беспорядочное движение молекул. Следовательно, вы можете приписать выделяющееся тепло — непригодную форму энергии — увеличению энтропии.
Различают два основных вида энергии: потенциальную и кинетическую. Потенциальная энергия – это энергия, способная совершить работу. Кинетическая энергия – это энергия, связанная с движением. Кинетическая энергия может принимать макроскопические формы, такие как перемещение или вращение твердого тела, большие колебания внутри системы частиц, течение жидкости или волновое движение. Кинетическая энергия также может принимать микроскопические формы, такие как молекулярная вибрация, беспорядочное молекулярное движение, микроскопические вихри, микроскопические волны или электромагнитное излучение, которые я буду называть тепловой энергией .. Все доступные формы энергии могут быть взаимно преобразованы в другие формы энергии за один или несколько шагов, за исключением тепловой энергии в состоянии равновесия, которая не может быть преобразована ни в какую макроскопическую форму энергии. Примечание. Во многих случаях за эффективную равновесную температуру Земли можно принять температуру окружающего воздуха, но при рассмотрении теплового излучения из космоса и ночного неба равновесная температура составляет 2,7 К, так что некоторую полезную работу можно восстановить из тепловое излучение Земли).
Количество состояний движения или молекул, которые движутся простым когерентным макроскопическим образом, ничтожно по сравнению с количеством состояний, движущихся каким-то сложным «беспорядочным» образом. В результате системы молекул с гораздо большей вероятностью будут находиться в состоянии «беспорядка», чем в состоянии макроскопического порядка, а это означает, что упорядоченная кинетическая энергия естественным образом становится тепловой энергией (неупорядоченной кинетической энергией). Когда температура естественным образом стабилизируется до равновесия (температура окружающей среды), становится невозможным преобразовать тепловую энергию в другую форму. Следовательно, тепловая энергия при термодинамическом равновесии является локальным конечным состоянием всей энергии.
Энергия течет от Солнца к Земле и, в конечном счете, в космос. Небольшое количество этой энергии улавливается фотосинтезирующими организмами, конвективными термодинамическими двигателями (конвекция воздуха и воды) и солнечными панелями для полезной работы, течения жидкости, роста и размножения.
Термодинамика и обратимость процессов.
Большинство способов хранения энергии являются обратимыми. Кинетическая энергия в потенциальную гравитационную энергию и наоборот. Электрическое в магнитное и наоборот. Химическое в электрическое и наоборот. Энергия, накопленная одним способом, в конечном итоге будет восстановлена и преобразована в другой.
Однако преобразование тепловой энергии в любую другую форму требует больших усилий — вам нужен тепловой двигатель, такой как элемент Пельтье или двигатель Стирлинга, чтобы извлекать другие формы энергии из тепловой — и если она случайным образом распределяется в объектах вокруг, сбор ее просто нежизнеспособен. Таким образом, тепловая энергия имеет тенденцию оставаться тепловой, иногда трансформируясь в электромагнитные (инфракрасные фотоны), которые отправляются в случайных направлениях и в конечном итоге преобразуются в тепловую энергию в другом месте. Просто очень паршивая обратимость превращений других форм в тепловую энергию означает, что большая часть «свободной энергии» оказывается там в ловушке — и остается там.
CuriousOne
Řídící
Абхинав