- TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LÝ THỨ HAI CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC. - Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học là một trong những nguyên lý cơ bản nhất, và quan trọng nhất trong môn nhiệt động lực học. - Những hệ quả, những khái niệm xuất phát từ nguyên lý thứ hai này được mở rộng cho nhiều ngành vật lý khác nhau. - Cũng chính từ nguyên lý hai, các nhà vật lý đã cho ra đời một bộ môn vật lý mới: vật lý thống kê. - Điều làm cho nguyên lý thứ hai này trở nên cuốn hút các nhà vật lý chính là bởi tính chất vừa đơn giản, vừa phức tạp của nó. - Qua bài tiểu luận này, nhóm tác giả muốn người đọc có cái nhìn tổng quan nhất, rộng nhất những cũng sâu sắc nhất về những vấn đề xung quanh nguyên lý thứ hai này. - Nội dung chính của bài tiểu luận “Tổng quan về nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học và các vấn đề liên quan” gồm hai phần chính:. - Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học: ở phần này, nhóm tác giả sẽ trình bày quá trình phát triển của môn nhiệt động lực học. - nội dung của nguyên lý thứ hai. - quá trình tìm ra cách giải thích cho nguyên lý thứ hai. - cuối cùng là ứng dụng của nguyên lý thứ hai.. - Những tranh cãi và các vấn đề mở rộng:ở phần này, nhóm tác giả sẽ trình bày đến các nghịch lí, các tranh cãi và những vấn đề mở rộng, có liên quan đến nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học.. - Hi vọng rằng thông qua bài tiểu luận này, người đọc sẽ hiểu rõ hơn về nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học, sẽ có cái nhìn đúng đắn về bản chất của nó cũng như mở rộng hơn tầm hiểu biết của mình về vấn đề thú vị này.. - 1 Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học. - 1-5 1.2 Nội dung của nguyên lý thứ hai – khái niệm Entropy. - 1-6 1.2.1 Các vấn đề đặt ra xung quanh nguyên lý một. - 1-6 1.2.2 Các cách phát biểu nguyên lý thứ hai của Thomson và Clausius. - 1-8 1.2.5 Bất đằng thức Clausius – Entropy và nguyên lý tăng Entropy. - 1-14 1.3 Những nỗ lực ban đầu nhằm giải thích Nguyên lý thứ hai. - 1-16 1.3.2 Tiến đánh thành trì Nguyên lý hai. - 1-17 1.4 Định luật thống kê Maxwel – Boltzmann và nguyên lý Boltzmann. - 1-19 1.4.3 Nguyên lý Boltzmann. - 1-21 1.5 Ý nghĩa thống kê của nguyên lý thứ hai. - 1-22 1.6 Phạm vi của nguyên lý thứ hai. - 2-30 2.4.1 Sự mở rộng nguyên lý hai cho toàn vũ trụ của Clausius. - 1-5 ~ 1 Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học:. - Nền móng của môn Nhiệt động lực học là các nguyên lý: nguyên lý thứ không, nguyên lý thứ nhất và nguyên lý thứ hai.. - Như vậy từ năm các nguyên lý cơ bản của nhiệt động lực học đã được ra đời và xây dựng các dạng toán học một cách tường minh. - Hướng đi mới của các nhà vật lý bấy giờ là giải thích các nguyên lý của nhiệt động lực học.. - Khi thuyết động học phân tử ra đời, các nhà vật lý hi vọng nó sẽ giải thích được nguyên lý thứ hai. - Sau mọi nỗ lực của Boltzmann, Maxwell, Clausius, Gibbs,v.v.v, tới năm Boltzmann đã đi đến kết luận có tính chất lịch sử: nguyên lý thứ hai có tính chất thuần túy thống kê. - Kể từ sau công trình của Boltzmann, vẫn còn nhiều vấn đề, tranh cãi và mở rộng xung quanh nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học…. - 1.2 Nội dung của nguyên lý thứ hai – khái niệm Entropy:. - 1.2.1 Các vấn đề đặt ra xung quanh nguyên lý một:. - Nguyên lý một, hay còn có thể nói là định luật bảo toàn năng lượng cho các hiện tượng nhiệt, cho ta biết hệ nhiệt động nhận nhiệt và nhận công để làm tăng nội năng. - Tuy nhiên, vẫn còn những vấn đề đặt ra xung quanh nguyên lý một:. - Những câu hỏi xung quanh nguyên lý một chính là nền tảng cho sự ra đời của nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học.. - 1.2.2 Các cách phát biểu nguyên lý thứ hai của Thomson và Clausius:. - 1.2.5 Bất đằng thức Clausius – Entropy và nguyên lý tăng Entropy:. - Từ nguyên lý một của nhiệt động lực học, sau một chu trình thì động cơ Carnot không thay đổi nội năng, do đó:. - Đây là biểu thức định lượng của nguyên lý hai của nhiệt động lục học.. - Entropy – nguyên lý tăng Entropy:. - Thực ra, đây là nội dung của “nguyên lý thứ ba của nhiệt động lực học”, còn gọi là định lý Nernst.. - Tuy nhiên do bản chất của nó đã được chứng minh là từ nguyên lý hai nên tên gọi nguyên lý thứ ba đã đi vào lịch sử.. - Ta thấy bất đẳng thức trên tương đương với bất đẳng thức Clausius, tức là bất đẳng thức trên tương đương với nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học. - Đây là một biểu thức định lượng khác của nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học.. - Nguyên lý tăng Entropy:. - Từ kết quả này, ta đưa ra nguyên lý tăng entropy của một hệ cô lập:. - 1.3 Những nỗ lực ban đầu nhằm giải thích Nguyên lý thứ hai:. - Như phần trước đã đề cập, ta thấy rằng: nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học là một nguyên lý vô cùng quan trọng. - Nếu như nguyên lý một được giải quyết bằng việc đưa ra định luật bảo toàn năng lượng thì nguyên lý hai vẫn chưa có lời giải thích thỏa đáng. - Nguyên lý hai đúng với kinh nghiệm thực tế, là điều mà ai cũng có thể quan sát được. - Tuy nhiên, để tìm hiểu bản chất của nguyên lý hai, các nhà vật lý đã gặp vô vàng trở ngại.. - Chúng đã sẽ điểm qua những bước đi đầu tiên trên còn đường chinh phục nguyên lý hai của nhiệt động lực học.. - 1.3.2 Tiến đánh thành trì Nguyên lý hai:. - Sau những kết quả thành công, Thuyết động học phân tử đang đứng trước một vấn đề chưa giải quyết được – một thành trì thực sự: xây dựng cơ sở lí thuyết cho nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học. - Năm 1866, Boltzmann công bố một công trình nhằm nêu lên ý nghĩa cơ học của nguyên lý thứ hai. - Ông cho rằng nguyên lý thứ nhất là định luật bảo toàn năng lượng (bấy giờ gọi là hoạt lực) thì tương tự, nguyên lý thứ hai cũng có cơ sở là một luận điểm tổng quát nào đó trong cơ học. - Luận điểm tổng quát đấy có thể là nguyên lý tác dụng cực ti ểu (tham khảo thêm trong cơ học giải tích).. - Ông cho rằng như vậy là đã tìm ra cơ sở cơ học của nguyên lý thứ hai đối với các quá trình thuận nghịch, và có khả năng lập luận tương tự đối với các quá trình không thuận nghịch. - 1.4 Định luật thống kê Maxwel – Boltzmann và nguyên lý Boltzmann:. - 1.4.3 Nguyên lý Boltzmann:. - Từ đây, Boltzmann chứng minh được nguyên lý Boltzmann (dạng toán học do Max Plack đưa ra năm 1901) là:. - Và theo đó, nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học là một nguyên lý có bản chất thống kê. - Dựa vào nguyên lý Boltzmann, các nghịch lý đưa ra như nghịch lý Loschmidt, thuyết chết nhiệt, v.v.v đều được giải quyết dựa vào bản chất thống kê của nguyên lý hai.. - 1.5 Ý nghĩa thống kê của nguyên lý thứ hai:. - Nguyên lý thứ hai được công nhận là một nguyên lý thống kê. - Trong quan điểm của các nhà vật lý thế kỷ 19, việc công nhận nguyên lý thứ hai là một nguyên lý thống kê là một điều không thể. - Điều này cũng suy ra rằng, “trong thực tế đời sống”, nguyên lý hai không bị vi phạm. - Đấy chính là tinh thần thống kê của nguyên lý hai.. - Từ đây, ta có thể kết luận: việc khẳng định nguyên lý thứ hai là một nguyên lý thống kê chính là một bước đi dài trong lịch sử vật lý học, là nền tảng khai sinh ra một ngành vật lý mới – vật lý thống kê. - Nguyên lý hai của nhiệt động lực học, hay còn gọi là nguyên lý tăng Entropy nhiệt động lực học, sau này mở rộng là trong vật lý thống kê, là nguyên lý tăng Entropy. - Đây là một nguyên lý cơ bản của các quá trình được mô tả bời vật lý thống kê.. - 1.6 Phạm vi của nguyên lý thứ hai:. - Nguyên lý hai được xây dựng dựa trên tính thống kê các chuyển động hỗn loạn của một hệ gồm rất nhiều chất điểm. - Do đó, không thể có nguyên lý hai đối với các hệ gồm ít hạt.. - Như vậy, chuyển động Brown đã vi phạm nguyên lý hai của nhiệt động lực học.. - Đối với việc mở rộng nguyên lý hai ra toàn bộ vũ trụ, việc này dẫn đến sự ra đời của thuyết chết nhiệt. - Như đã trình bày ở phần Entropy, nguyên lý thứ hai áp dụng vào việc khảo sát các quá trình, chu trình nhiệt động giúp ta biết được chiều diễn tiến của quá trình, chu trình đó có theo tự nhiên hay không. - Người ta ứng dụng nguyên lý thứ hai để nâng cao hiệu suất của động cơ, càng cao càng tốt.. - Trong thực tế cuộc sống, chúng ta đều nhìn thấy được và đã ứng dụng nguyên lý thứ hai m ột cách tự nhiên. - Hay như: các bạn đã từng làm nguội một vật gì đó bằng cách cho nó tiếp xúc với một vật khác lạnh hơn, đó cũng chính là các bạn đã áp dụng nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học. - Qua những ví dụ đơn giản trên, chúng ta thấy được tầm quan trọng và tính phổ biến của nguyên lý thứ hai.. - Ông cho rằng nguyên lý thứ hai chỉ có một phạm vi ứng dụng hữu hạn. - Theo ông, nguyên lý hai chỉ đúng với một hệ mà ở đó ta không thể phân biệt từng phân tử. - Để xem thử con quỷ Maxwell có vi phạm nguyên lý hai hay không, ta khảo sát sự biến thiên Etropy trong thí nghiệm tưởng tượng trên. - Đ i ề u này vi ph ạ m nguyên lý hai c ủ a nhi ệ t độ ng l ự c h ọ c.. - Các nhà v ậ t lí c ố g ắ ng ch ứ ng t ỏ r ằ ng, con qu ỷ Maxwell không vi ph ạ m nguyên lý t ă ng Entropy. - Và hệ kín gồm 2 khối khí và con quỷ Maxwell không vi phạm nguyên lý tăng Entropy.. - Các hiện tượng nhiệt, theo nguyên lý thứ hai, lại là các quá trình. - tuy nhiên, đối với các hiện tượng nhiệt, theo nguyên lý hai, chúng ta không thể thực hiện việc “đổi dấu” thời gian (vì chúng không thuận nghịch). - Nghịch lý này ra đời nhằm phản bác lại định lý H của Boltzmann và cả nguyên lý hai mà Boltzmann cố gắng giải thích. - Chìa khóa của vấn đề nằm ở: bản chất thống kê của nguyên lý hai. - Kể từ khi Boltzmann tìm ra nguyên lý Boltzmann, ông đã tìm ra được bản chất thống kê của nguyên lý thứ hai. - Nguyên lý thứ hai là một nguyên lý thống kê, không phải là một định luật xác định như các định luật cơ học của Newton. - 2.4.1 Sự mở rộng nguyên lý hai cho toàn vũ trụ của Clausius:. - Sau khi khám phá ra nguyên lý tăng Entropy, Clausius và Thomson đã mở rộng nguyên lý tăng Entropy này ra cho toàn bộ vũ trụ. - Năm 1895, Boltzmann sử dụng nguyên lý Boltzmann của mình để phản bác việc mở rộng nguyên lý hai ra toàn bộ vũ trụ của Clausius. - Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học là một nguyên lý quan trọng của tự nhiên. - Việc khám phá ra bản chất thống kê của nguyên lý thứ hai đã đánh dấu cho sự ra đời của Vật lý thống kê.