Регистрация
Войти
Стать экспертом Правила
Физика | 8-9 класс

В чем заключается первый и второй закон термодинамики?

ОТВЕТЫ

Первый закон термодинамики касается общего количества энергии во Вселенной. В нем говорится, что это общее количество энергии постоянно. Другими словами, во Вселенной всегда было и будет точно такое же количество энергии. Энергия существует во многих различных формах. Согласно первому закону термодинамики, энергия может передаваться с места на место или трансформироваться в различные формы, но она не может быть создана или уничтожена. Передачи и преобразования энергии происходят вокруг нас постоянно. Лампочки преобразуют электрическую энергию в световую. Газовые плиты преобразуют химическую энергию природного газа в тепловую. Растения осуществляют одно из наиболее биологически полезных преобразований энергии на Земле: преобразование энергии солнечного света в химическую энергию, хранящуюся в органических молекулах (рис. 6.2). Рисунок 6.11 примеры преобразования энергии.

Задача всех живых организмов состоит в том, чтобы получать энергию из своего окружения в формах, которые они могут передавать или преобразовывать в полезную энергию для выполнения работы. Живые клетки эволюционировали, чтобы очень хорошо справиться с этой задачей. Химическая энергия, хранящаяся в органических молекулах, таких как сахара и жиры, трансформируется в результате ряда клеточных химических реакций в энергию в молекулах АТФ. Энергия в молекулах АТФ легко доступна для работы. Примеры типов работы, которую должны выполнять клетки, включают построение сложных молекул, транспортировку материалов, обеспечение биения ресничек или жгутиков, сокращение мышечных волокон для создания движения и размножение.

Второй закон термодинамики

Основные задачи живой клетки по получению, преобразованию и использованию энергии для работы могут показаться простыми. Однако второй закон термодинамики объясняет, почему эти задачи сложнее, чем кажется. Ни один из рассмотренных нами способов передачи энергии, наряду со всеми передачами и преобразованиями энергии во Вселенной, не является полностью эффективным. При каждой передаче энергии некоторое количество энергии теряется в непригодной для использования форме. В большинстве случаев это форма тепловой энергии. С термодинамической точки зрения ученые определяют тепловую энергию как энергию, которая не работает, передавая от одной системы к другой. Например, когда самолет летит по воздуху, он теряет часть своей энергии в виде тепловой энергии из-за трения с окружающим воздухом. Это трение фактически нагревает воздух, временно увеличивая скорость молекул воздуха. Точно так же часть энергии теряется в виде тепловой энергии во время клеточных метаболических реакций. Это хорошо для таких теплокровных существ, как мы, потому что тепловая энергия помогает поддерживать температуру нашего тела. Строго говоря, никакая передача энергии не является полностью эффективной, потому что часть энергии теряется в непригодной для использования форме.

Важным понятием в физических системах является понятие порядка и беспорядка (или случайности). Чем больше энергии система теряет своему окружению, тем менее упорядоченная и случайная система. Ученые называют меру случайности или беспорядка в системе энтропией. Высокая энтропия означает высокий беспорядок и низкую энергию (рис. 6.12). Чтобы лучше понять энтропию, представьте студенческую спальню. Если бы в него не вкладывали энергию или работу, в комнате быстро становился беспорядок. Он существовал бы в очень неупорядоченном состоянии с высокой энтропией. В систему необходимо вложить энергию в виде того, как ученик выполняет работу и убирает все, чтобы вернуть комнату в состояние чистоты и порядка. Это состояние с низкой энтропией. Точно так же автомобиль или дом нужно постоянно поддерживать в рабочем состоянии, чтобы поддерживать его в упорядоченном состоянии. Если оставить в покое, энтропия дома или автомобиля постепенно увеличивается из-за ржавчины и деградации. Молекулы и химические реакции также имеют разную энтропию. Например, когда химические реакции достигают состояния равновесия, энтропия увеличивается, а поскольку молекулы с высокой концентрацией в одном месте диффундируют и разлетаются, энтропия также увеличивается.

СПАСИБО 1
Для написания вопросов необходимо войти в систему
Контакты
Обратная связь
support@sproshu.com
Спрошу
О проекте
Новым пользователям
Новым экспертам