熱力学の第一法則と第二法則の違い

2020

熱力学の第一法則はエネルギーの保存に関連していますが、熱力学の第二法則は熱力学プロセスのいくつかは許容されず、熱力学の第一法則に完全には従わないと主張します。

「 熱力学 」という言葉はギリシャ語から派生しています。「熱」は熱を意味し、「力学」は力を意味します。したがって、熱力学は、光、熱、電気、化学エネルギーなどのさまざまな形で存在するエネルギーの研究です。

熱力学は物理学の非常に重要な部分であり、化学、材料科学、環境科学などの関連分野です。一方、「法則」は規則の体系を意味します。したがって、熱力学の法則は、エネルギーの形態の1つである熱を扱います。これは、機械的作業に対応するさまざまな状況下での挙動です。

ゼロ法則、第一法則、第二法則、第三法則から始まる4つの熱力学法則があることはわかっていますが。しかし、最もよく使用されるのは第1および第2の法則であるため、このコンテンツでは、第1および第2の法則について説明し、区別します。

比較表

比較の根拠	熱力学の第一法則	熱力学の第二法則
ステートメント	エネルギーは創造も破壊もできません。	孤立したシステムのエントロピー（障害の程度）は決して減少せず、常に増加します。
表現	ΔE= Q + Wは、2つの量がわかっている場合の値の計算に使用されます。	ΔS=ΔS（システム）+ΔS（周囲）> 0
表現は	システムの内部エネルギーの変化は、システムへの熱流と周囲のシステムに対する作業の合計に等しくなります。	エントロピーの合計変化は、システムと周囲のエントロピーの変化の合計であり、実際のプロセスで増加し、0未満にはなりません。
例	1.電球は、lightenが電気エネルギーを光エネルギー（放射エネルギー）と熱エネルギー（熱エネルギー）に変換します。 2.植物は、光合成の過程で日光（光または放射エネルギー）を化学エネルギーに変換します。	1.機械は、燃料などの非常に有用なエネルギーを、プロセスの開始時に消費されるエネルギーとは異なる有用性の低いエネルギーに変換します。 2.部屋のヒーターは電気エネルギーを使用して部屋に熱を出しますが、部屋はヒーターに同じエネルギーを提供できません。

熱力学の第一法則の定義

熱力学の最初の法則は、「 エネルギーは生成も破壊もできない 」と述べており、ある状態から別の状態にのみ変換できます。これは、保存の法則としても知られています。

上記の説明を説明する多くの例があります。電球のように、電気エネルギーを使用して光と熱のエネルギーに変換します。

すべての種類の機械とエンジンは、作業を実行して異なる結果を出すために、何らかの燃料を使用します。生物でさえ、消化してさまざまな活動を行うためのエネルギーを提供する食べ物を食べます。

ΔE= Q + W

これは、システムの内部エネルギーの変化が周囲の境界を横切って流れる熱の合計（Q）に等しいΔEとして単純な方程式で表すことができ、仕事が行われます（W）周囲のシステム。しかし、熱の流れがシステムの外にある場合、「Q」は負になり、同様に作業がシステムによって行われた場合、「W」も負になります。

したがって、プロセス全体が熱と仕事の2つの要因に依存していると言えます。これらのわずかな変化は、システムの内部エネルギーの変化をもたらします。しかし、このプロセスはそれほど自然ではなく、毎回適用できるわけではないことは誰もが知っているように、エネルギーが低温から高温に自然に流れることはありません。

熱力学の第二法則の定義

熱力学の第二法則を表現する方法はいくつかありますが、その前に、第二法則が導入された理由を理解する必要があります。日常生活の実際のプロセスでは、熱力学の最初の法則が満たされるべきだと思いますが、必須ではありません。

たとえば、電気エネルギーを熱（熱）と光エネルギーに変換する部屋の電球を考えてみましょう。部屋は明るくなりますが、逆は不可能です。同じ量の光と熱を電球、それは電気エネルギーに変換されます。この説明は熱力学の第一法則に反対していませんが、実際には不可能です。

Kelvin-Plancksの声明によると、「サイクルで動作し、単一のリザーバーから熱を受け取り、100％を仕事に変換するデバイスは不可能です。つまり、100％の熱効率を持つ熱機関はありません」。

クラウジウスは、「サイクルで動作するデバイスを構築し、外部作業がなければ低温のリザーバーから高温のリザーバーに熱を伝達することは不可能だ」と述べました。

したがって、上記の説明から、熱力学の第2法則は、特定の方向にのみエネルギー変換が起こる方法について説明していることが明らかであり、熱力学の第1法則では明らかにされていません。

熱力学の第二法則は、エントロピー増加法則としても知られています。これは、時間とともにシステムのエントロピーまたは障害の程度が常に増加することを示しています。作業の進行に合わせてすべての計画で作業を開始した後、なぜ私たちがめちゃくちゃになるのか、例を挙げてください。したがって、時間の増加とともに、障害または混乱も増加します。

この現象はすべてのシステムに適用され、有用なエネルギーを使用すると、使用不可能なエネルギーが放出されます。

ΔS=ΔS（システム）+ΔS（周囲）> 0

前述のように、エントロピーの合計変化であるdelSは、システムと周囲のエントロピーの変化の合計であり、実際のプロセスで増加し、0未満にはなりません。

熱力学の第一法則と第二法則の主な違い

以下に、熱力学の第一法則と第二法則を区別するための重要なポイントを示します。

熱力学の第一法則によると、「エネルギーは作成も破壊もできず、エネルギーはある形式から別の形式にのみ変換できます」。熱力学の第二法則によれば、第一法則に違反していませんが、ある状態から別の状態に変換されるエネルギーは必ずしも有用ではなく、100％を占めていると言います。したがって、「孤立したシステムのエントロピー（障害の程度）は決して減少せず、常に増加する」と言えます。
熱力学の第一法則はΔE= Q + Wとして表現でき、値の計算に使用されます。2つの量がわかっている場合、 熱力学の第二法則はΔS=ΔS（system）+ΔS（周辺）> 0 。
式は、システムの内部エネルギーの変化が、システムへの熱の流れと、第一法則で周囲がシステムに対して行った仕事の合計に等しいことを意味します。第二法則では、エントロピーの総変化は、システムと周囲のエントロピーの変化の合計であり、実際のプロセスで増加し、0未満にはなりません。