퍼페 추얼 펌프는 연속적인 모션을 생성하고 결과적으로 자유 에너지를 생성하기 위해 수년에 걸쳐 설계된 많은 퍼페 추얼 모션 기계 중 하나입니다. 디자인은 매우 간단합니다. 물이 기어에 부착 된 수차 위로 올라간 플랫폼에서 아래로 흘러 내립니다. 다시 표면에서 물을 끌어 올린 플랫폼으로 다시 끌어 올리는 펌프를 작동시켜 프로세스가 다시 시작됩니다. 다시.
이와 같은 디자인에 대해 처음 들었을 때 가능하고 좋은 아이디어라고 생각할 수도 있습니다. 그리고 당시의 과학자들은 열역학의 법칙이 발견되어 모든 사람들의 영원한 운동에 대한 희망을 한 번에 무너 뜨릴 때까지 동의했습니다.
열역학 법칙은 물리학의 가장 중요한 법칙 중 일부입니다. 그들은 에너지의 중요한 개념과 함께 에너지가 전달되고 보존되는 방법을 포함하여 에너지를 설명하는 것을 목표로합니다.엔트로피영구적 인 움직임의 모든 희망을 죽이는 부분 인 시스템의. 물리학을 공부하는 학생이거나 열역학을 이해하려는 경우 열역학의 네 가지 법칙을 배우는 것은 당신의 여행.
열역학이란?
열역학은 물리학의 한 분야로열 에너지와 내부 에너지열역학 시스템에서. 열 에너지는 열 전달을 통해 전달되는 에너지이며 내부 에너지는 시스템의 모든 입자에 대한 운동 에너지와 위치 에너지의 합으로 생각할 수 있습니다.
운동 이론을 도구로 사용하여 물질의 운동을 연구하여 물질의 특성을 설명합니다. 그것의 구성 입자 – 물리학 자들은 중요한 사이의 많은 중요한 관계를 도출 할 수있었습니다 수량. 물론 수십억 개의 원자의 총 에너지를 계산하는 것은 그들의 효과적인 무작위성을 고려할 때 비실용적 일 것입니다. 따라서 관계를 도출하는 데 사용 된 프로세스는 통계 역학과 유사한 구혼.
본질적으로 가정을 단순화하고 많은 수의 분자에 대한 "평균적인"동작에 초점을 두었습니다. 과학자들은 수십억 중 하나에 대한 끝없는 계산에 갇히지 않고 시스템 전체를 분석하는 도구를 제공합니다. 원자의.
중요한 수량
열역학의 법칙을 이해하려면 가장 중요한 용어 중 일부를 이해해야합니다.온도물질의 분자 당 평균 운동 에너지 측정 값입니다. 즉, 분자가 이동 (액체 또는 기체) 또는 제자리에서 진동 (고체)하는 정도입니다. 온도의 SI 단위는 켈빈입니다. 여기서 0 켈빈은 "절대 제로"로 알려져 있습니다. 모든 분자 운동이있는 가장 낮은 온도 (다른 시스템의 0 온도와 달리) 중단됩니다.
내부 에너지시스템에있는 분자의 총 에너지로, 운동 에너지와 위치 에너지의 합을 의미합니다. 두 물질 사이의 온도 차이로 인해 열이 흐르게됩니다.열 에너지그것은 하나에서 다른 것으로 전송됩니다.열역학 작업열 엔진 (때로는 Carnot 엔진이라고도 함)에서와 같이 열 에너지를 사용하여 수행되는 기계 작업입니다.
엔트로피단어로 명확하게 정의하기 어려운 개념이지만 수학적으로는 볼츠만 상수 (케이 = 1.381 × 10−23 미디엄2 kg s−1 케이−1) 시스템의 마이크로 상태 수의 자연 로그를 곱합니다. 즉, "장애"의 척도라고하는 경우가 많지만 더 정확하게는 거시적으로 볼 때 시스템의 상태를 다른 많은 상태와 구별 할 수 없음 수평.
예를 들어, 얽힌 헤드폰 와이어에는 가능한 특정 배열이 많이 있지만 대부분은 다른 것과 같이 "얽힌"것처럼 와이어가 엉키지 않고 깔끔하게 감겨 진 상태보다 엔트로피가 더 높습니다.
열역학 제로 법칙
열역학 제 0 법칙은 제 1 법칙, 제 2 법칙, 제 3 법칙이 가장 잘 알려져 있고 널리 배웠지 만 열역학의 상호 작용을 이해하는 데있어 시스템. 0 번째 법칙은 열 시스템 A가 열 시스템 B와 열 평형 상태에있는 경우 시스템 B는 시스템 C와 열 평형 상태에 있고 시스템 A는 시스템과 평형 상태 여야합니다. 씨.
한 시스템이 다른 시스템과 균형을 이룬다는 것이 무엇을 의미하는지 생각해 보면 기억하기 쉽습니다. 열과 온도의 관점에서 생각하기: 열이 흘렀을 때 두 시스템은 서로 평형을 이룹니다. 끓는 물을 더 차가운 물통에 부은 후 얼마 동안은 균일 한 따뜻한 온도처럼 물.
평형 상태 (즉, 동일한 온도)에있을 때 열 전달이 발생하지 않거나 적은 양의 열 흐름이 다른 시스템의 흐름에 의해 빠르게 상쇄됩니다.
이것을 생각해 보면, 제 3의 시스템을이 상황에 가져 오면 두 번째 시스템과 평형을 이룹니다. 만약 그것이 평형 상태라면 첫 번째 시스템과도 균형을 이룰 것입니다. 시스템도.
열역학 제 1 법칙
열역학의 첫 번째 법칙은 시스템 내부 에너지의 변화 (∆유)는 시스템으로 전달되는 열 (큐)에서 시스템에서 수행 한 작업 (W). 기호에서 이것은 다음과 같습니다.
∆U = Q-W
이것은 본질적으로 에너지 보존 법칙의 진술입니다. 시스템은 열이 전달되면 에너지를 얻고 다른 시스템에서 작동하면 에너지를 잃고 에너지 흐름은 반대 상황에서 반전됩니다. 열은 에너지 전달의 한 형태이고 작업은 기계적 에너지의 전달이라는 것을 기억하면이 법칙이 단순히 에너지 보존을 다시 언급한다는 것을 쉽게 알 수 있습니다.
열역학 제 2 법칙
열역학의 두 번째 법칙은 닫힌 시스템 (즉, 고립 된 시스템)의 총 엔트로피는 결코 감소하지 않지만 증가하거나 (이론적으로) 동일하게 유지 될 수 있다고 말합니다.
이것은 종종 고립 된 시스템의 "장애"가 시간이 지남에 따라 증가한다는 의미로 해석되지만 위에서 논의한 바와 같이 이것은 개념을보기위한 엄격하게 정확한 방법은 아니지만 권리. 열역학 제 2 법칙은 본질적으로 임의의 과정이 엄격한 수학적 의미에서“무질서”를 초래한다고 말합니다.
열역학 제 2 법칙에 대한 또 다른 일반적인 오해의 원인은“닫힌 체계." 이것은 외부 세계와 격리 된 시스템으로 생각해야하지만이 격리 없이는 엔트로피할 수있다감소. 예를 들어, 혼자 남겨진 지저분한 침실은 결코 깔끔하지 않지만할 수있다누군가 들어가서 작업을하면 (예: 정리) 더 낮은 엔트로피의 조직화 된 상태로 전환합니다.
열역학 제 3 법칙
열역학의 세 번째 법칙은 시스템의 온도가 절대 영도에 가까워지면 시스템의 엔트로피가 상수에 가까워 진다고 말합니다. 즉, 두 번째 법칙은 시스템의 엔트로피가 일정하게 유지 될 수있는 가능성을 열어 주지만 세 번째 법칙은 이것이 오직절대 제로.
세 번째 법칙은 또한 제한된 수의 작업으로 시스템의 온도를 절대 0으로 낮추는 것이 불가능하다는 것을 의미합니다 (때로는 이렇게 언급되기도합니다). 즉, 절대 0에 매우 가까워지고 시스템의 엔트로피 증가를 최소화 할 수 있지만 실제로 절대 0에 도달하는 것은 본질적으로 불가능합니다.
시스템이 절대 0에 매우 가까워지면 비정상적인 동작이 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 절대 0에 가까워지면 많은 물질이 전류 흐름에 대한 모든 저항을 잃어 초전도라는 상태로 이동합니다. 이것은 전류에 대한 저항이 핵의 움직임의 무작위성에 의해 생성되기 때문입니다. 도체의 원자 – 절대 0에 가까워서 거의 움직이지 않으므로 저항이 최소화됩니다.
영구 운동 기계
열역학 법칙과 에너지 보존 법칙은 영구 운동 기계가 불가능한 이유를 설명합니다. 열역학 제 2 법칙에 따라 어떤 설계를 선택하든 그 과정에서 생성되는“폐기물”에너지가 항상있을 것입니다. 시스템의 엔트로피가 증가합니다.
에너지 보존 법칙은 기계의 모든 에너지가 어딘가에서 나와야 함을 보여줍니다. 엔트로피 경향은 기계가 에너지를 한 형태에서 다른 형태로 완벽하게 전달하지 않는 이유를 보여줍니다.
소개의 수차와 펌프 예제를 사용하면 수차에는 움직이는 부품이 있어야합니다 (예: 축과 그 바퀴에 연결되고 에너지를 펌프로 전달하는 기어) 마찰을 일으키고 에너지를 잃습니다. 열.
이것은 작은 문제처럼 보일 수 있지만 에너지 출력이 약간 떨어지더라도 펌프는모두물이 올라간 표면으로 다시 올라와 다음 시도에 사용할 수있는 에너지를 줄입니다. 그러면 다음 번에는 낭비되는 에너지가 더 많아지고 더 많은 물을 펌핑 할 수 없게됩니다. 이 외에도 펌프 메커니즘에서 에너지 손실이 발생합니다.
우주와 당신의 엔트로피
열역학 제 2 법칙에 대해 생각할 때 다음과 같은 궁금증이 생길 수 있습니다. 시스템이 증가하면 어떻게 인간처럼 고도로 "질서있는"시스템이 있다? 내 몸은 어떻게 음식의 형태로 무질서한 입력을 받아 신중하게 설계된 세포와 기관으로 변환합니까? 이 점들이 열역학 제 2 법칙과 충돌하지 않습니까?
이 주장은 모두 같은 실수를합니다. 인간은 "폐쇄 된 시스템"(즉, 고립 된 시스템)이 아닙니다. 세상의 엄격한 의미에서 당신은 주변으로부터 에너지를받을 수 있고 우주.
생명체가 처음 지구에 나타 났을 때, 물질이 더 높은 엔트로피에서 더 낮은 엔트로피 상태로 변했지만 태양으로부터 시스템으로 입력 된 에너지가 있었고이 에너지는 시스템이 낮은 엔트로피가 될 수 있도록합니다. 시각. 열역학에서“우주”는 종종 전체 우주 우주가 아닌 상태를 둘러싼 환경을 의미하는 것으로 간주됩니다.
세포, 장기, 심지어 다른 인간을 만드는 과정에서 질서를 만드는 인체의 예를 들어, 대답은 동일: 당신은 외부로부터 에너지를 흡수하고, 이것은 당신이 2 번째 법칙을 무시하는 것처럼 보이는 일들을 할 수있게합니다. 열역학.
다른 에너지 원으로부터 완전히 차단되어 몸에 저장된 에너지를 모두 사용했다면 세포를 생산할 수 없거나 유지하는 활동 범위를 수행 할 수 없다는 것이 사실 일 것입니다. 작동. 열역학 제 2 법칙에 명백히 반항하지 않으면 죽을 것입니다.