مرجع تخصصی آب و فاضلاب

(از کلمات یونانی «گرما» و «توان») مطالعه ی گرما، کار، انرژی و تغییرات در حالتهای سیستم توسط آنهاست. در یک مفهوم وسیعتر، ترمودنیامیک روابط میان خواص ماکروسکوپی سیستم را مطالعه می کند. خاصیت کلیدی در ترمودینامیک دماست و گاهی ترمودینامیک به عنوان مطالعه ی رابطه ی دما با خواص ماکروسکوپی ماده تعریف می شود.(ترمودینامیک برگشت ناپذیر با سیستمهای غیر تعادلی و فرایندهای مرتبط است مطالعه خواهیم کرد. ترمودینامیک تعادلی یک علم ماکروسکوپی بوده و مستقل از هر نوع نظریه ی ساختار مولکولی است.

به عبارت صریح، واژه ی مولکول در واژگان ترمودینامیک موجود نیست. هر چند نمی خواهیم وسواس به خرج دهیم، اما اغلب مفاهیم مولکولی را برای کمک در فهم ترمودینامیک بکار خواهیم برد. ترمودینامیک برای سیستمهای با ابعاد مولکولی بکار نمی رود، یک سیستم باید شامل تعداد زیادی مولکول باشد تا رفتار ترمودینامیک داشته باشد.

(ایرالوین- چاپ 1382- ص 3- جلد اول)

سیستمهای ترمودینامیکی:
«بخش ماکروسکوپی از جهان که مورد مطالعه ی ترمودینامیکی قرار می گیرد، ترمودینامیکی قرار می گیرد، سیستم نامیده می شود. بخشهایی از جهان که بتواند با سیستم بر هم کنش داشته باشند محیط نامیده می شود.
به عنوان مثال، به منظور مطالعه ی فشار بخار آب به صورت تابعی از دما، می توان یک ظرف آب کاملاً مسدود شده (که از هوا تخلیه شده باشد) را در حمامی با دمای ثابت قرار داد و یک فشار سنج را جهت اندازه گیری فشار به آن متصل کرد. در اینجا، سیستم شامل آب مایع و بخار آب موجود در ظرف بوده و محیط شامل حمام با دمای ثابت و جیوه ی درون فشار سنج است.

یک سیستم باز آن است که ماده بتواند بین سیستم و محیط منتقل شود. یک سیستم بسته آن است که ماده نتواند میان سیستم و محیط انتقال یابد. یک سیستم منزوی آن است که بر هم کنش با محیطش نداشته باشد بدیهی است یک سیستم منزوی یک سیستم بسته است، اما هر سیستم بسته ای منزوی نیست.

در یک سیستم منزوی، ماده و انرژی بین سیستم و محیط جابجا نمی شود. برای یک سیستم بسته، انرژی می تواند بین سیستم و محیط انتقال یابد، اما ماده نمی تواند منتقل شود. برای یک سیستم باز، هم ماده و هم انرژی می تواند میان سیستم و محیط منتقل شود.

یک سیستم ترمودینامیکی باز یا بسته، منزوی یا غیر منزوی است. توجه به نوع سیستم مورد مطالعه مهم است، به طوری که یک عبارت ترمودینامیکی ممکن است برای یک نوع سیستم معتبر بوده اما برای سایر سیستم ها اعتبار نداشته باشد. معمولاً ما با سیستم های بسته سر و کار داریم.»

(ایرالوین- چاپ 1382- ص 3و 4- جلد اول)

خواص ترمودینامیکی:
«یک خاصیت ترمودینامیکی مقداری عبارت از خاصیتی است که مقدار آن معادل جمع مقادیر مربوط به قسمتهای مختلف سیستم باشد. لذا اگر سیستمی به دو قسمت تقسیم شود جرم سیستم مجموع جرمهای آن دو قسمت است جرم یک خاصیت مقداری است حجم نیز همین است خواصی را که به مقدار ماده در سیستم وابسته نباشد شدت می نامند. چگالی و فشار نمونه هایی از خواص شدتی هستند. یک قطره ی آب یا یک استخر شنای پر از آب، چگالی یکسانی دارند و لذا چگالی یک خاصیت شدتی است.»

(ایرالوین- چاپ 1382- ص 6و7 – جلد اول)

قانون صفرم ترمودینامیک
در زبان یونانی Thermos به معنای “گرما و حرارت” و Dynamic به معنای “تغییرات” می باشد و لغت Thermodynamic بیانگر شاخه ای از علم فیزیک می باشد که به بررسی رفتار خواص کلی سیستم ها مانند فشار، دما، انرژی داخلی، حجم، آنتروپی و … می پردازد. از جمله مسایل مورد علاقه این علم می توان به بررسی قوانین حاکم بر تبدیل انرژی گرمایی به کار اشاره. قوانین اصلی حاکم بر این علم بسیار جالب بوده و مصادیق بسیاری در سایر علوم تجربی و نظری نیز دارند سعی خواهیم کرد که طی چند مطلب به تشریح ساده آنها بپردازیم.
قانون صفرم (Zeroth law)
برای هیچ یک از ما شکی وجود ندارد هنگامی که یک لیوان آب جوش را در یک ظرف بزرگتر آب سرد قرار می دهیم، پس از گذشت زمان لازم دمای آب درون لیوان و آب بیرون آن – درون ظرف بزرگتر – یکسان می شود. اینگونه بنظر می آید که میان دو منبع – منظور لیوان آب جوش و ظرف آب سرد – مفهومی بنام گرما به حرکت در می آید و از جایی که بیشتر است به سمت جایی که کمتر است حرکت می کند تا به تعادل گرمایی برسند.
مثال دیگر آنکه هنگامی که یک لیوان آب یخ را بدست میگیرد بوضوح احساس می کنید چیزی – بنام گرما – از دست شما به سمت لیوان جاری می شود و ضمن سرد کردن دست شما به گرم کردن لیوان مشغول می شود. نمونه معکوس حالتی است که شما یک لیوان چای داغ را در درست می گیرد. در هر دو مورد اگر لیوان ها را برای مدت طولانی در دست نگاه داریم دیگر احساس خاصی نخواهیم داشت و دمای لیوان ها با دمای بدن ما یکسان می شود.
این نمونه تجربه های به ظاهر ساده مصادیقی از قانون صفرم ترمودینامیک می باشند که معمولآ به اینصورت بیان می شود : “اگر A و B با جسم سومی مانند C در تعادل گرمایی باشند، حتمآ با یکدیگر نیز در تعادل خواهند بود.”
دقت کنید که این خاصیت اگر چه بنظر ساده می آید اما در تمام موارد یکسان نیست و حتی شاید به نوعی ابهام هم داشته باشد. بعنوان مثال دلیلی وجود ندارد، اگر آقای A، گربه C را دوست داشته باشد و آقای B هم این گربه را دوست داشته باشد، در آنصورت آقایان A و B به یکدیگر علاقه داشته باشند.
قانون صفرم ترمودینامیک در واقع تاکیدی است بر وجود یک کمیت بنام دما که مقدار آن در سیستم های ترمودینامیکی در حال تعادل یکسان می باشد. مشابه این قانون اگرچه در فیزیک الکتریسیته تعریف خاصی شاید نداشته باشد وجود دارد. شما وقتی دو منبع با پتانسیل های مختلف الکتریکی را از طریق یک سیم هادی به یکدیگر متصل کنید و مدار بسته ای تشکیل دهید، جریان الکتریسیته آنقدر در مدار جاری خواهد بود – و تلف خواهد شد – تا پتانسیل دو منبع یکسان شود.
علت آنکه این قانون با شماره صفر مشخص می شود آن است که بسیار پایه ای بوده و نیز پس از گذشت سالها اسفتاده از سایر قوانین ترمودینامیک، در اوایل قرن بیستم به جمع قوانین ترمودینامیک پیوسته است.

قانون اول ترمودینامیک:
«قانون اول ترمودینامیک که معمولاً قانون بقای انرژی نامیده می شود، به تعریف یک تابع حالت ترمودینامیکی جدید، انرژی داخلی V، منجر می شود. یک تابع حالت اضافی، آنتالپی H، به دلایل مناسب بودن بر حسب V,P,U تعریف می شود.
گرما شیمی که با گرمای حاصل از واکنش های شیمیایی و فرایندهای محلول سر و کار دارد، بر مبنای قانون اول پایه گذاری می شود. اگر ظرفیت های گرمائی واکنش دهندگان و محصولات مشخص باشند گرمای واکنش را می توان در صورتی که در یک دما معلوم باشد در دماهای دیگر محاسبه کرد.»

(آلبرتی- چاپ 1374- ص 40- جلد اول)

«قانون اول ترمودینامیک اصل موضوعی است که در آن یک خاصیت U به نام انرژی داخلی یافت می شود که (1) تابع حالت متغیرهای سیستم است و (2) در مورد آن تغییر را می توان برای فرایندی که در سیستم بسته صورت می گیرد با به کارگیری معادله ی محاسبه کرد.

اکنون این شکل ریاضی قانون اول خیلی واضح به نظر می رسد، ولی تا قبل از 1850 اصلاً واضح نبود.

قبل از 1850 اصل بقای انرژی در سیستمهای مکانیکی درک شده بود ولی نقش گرما در این اصل روشن نبود تا اینکه آزمایشهای ژول به معادله ی منجر شد. توجه داشته باشید که قانون اول مفهومی برای تعیین تغییرات انرژی داخلی، نه مقدار مطلق انرژی داخلی، فراهم می سازد.

اگر منفی باشد می توان گفت که سیستم انرژی را به صورت گرما از دست می دهد که آزاد می شود و کار که توسط سیستم انجام می گیرد قانون اول از معادله ی پیروی می کند و درباره اینکه چه مقدار کار انجام می گیرد، چیزی برای گفتن ندارد. به عبارت دیگر، کاهش انرژی داخلی کلاً به صورت کار ظاهر می شود (0=q). امکان دیگر این است که حتی بیش از این مقدار کار انجام می شود و گرما جذب شود (0q>)، به طریقی که از معادله ی پیروی کند. اگر چه قانون اول ترمودینامیک در مورد مقادیر نسبی گرما و کار چیزی برای گفتن ندارد، ولی قانون دوم این را بیان می کند.

قانون اول غالباً بدین صورت بیان می شود که انرژی می تواند از صورتی به صورت دیگر تبدیل شود ولی انرژی را نه می توان خلق کرد و نه از بین برد. پس انرژی کل یک سیستم منزوی ثابت است.

انرژی داخلی سیستم یک خاصیت مقداری است لذا اگر سیستمی را دوبرابر کنیم. انرژی داخلی آن دو برابر می شود. به هر حال، انرژی داخلی به ازای یک مول یک خاصیت شدتی است»
(آلبرتی- چاپ 1374- ص 52، 51،50- جلد اول)

مطالعه ترمودینامیک را مهندسین قرن نوزدهم آغاز کردند؛ آنها می خواستند بدانند قوانین ترمودینامیک محدودیتهایی بر عملکرد ماشین های بخار و سایر ماشین های تولید کننده انرژی مکانیکی تحمیل می کنند. ترمودینامیک درباره تبدیل یک شکل انرژی به شکلی دیگر، به ویژه تبدیل گرما به سایر شکلهای انرژی بحث می کند. این کار با مطالعه روابط بین پارامترهای صرفاً ماکروسکوپی صورت می گیرد که رفتار سیستمهای فیزیکی را توصیف می کنند. این گونه توصیف ماکروسکوپی (و در مقیاس بزرگ)، لزوماً تا حدی خام است، چرا که همه جزئیات کوچک مقیاس و میکروسکوپی را نادیده می گیرد. اما در کاربردهای عملی، این جزئیات اغلب مهم نیستند، برای مثال، مهندسی که رفتارهای گاز حاصل از احتراق را در سیلندر یک موتور اتومبیل بررسی می کند می تواند با کمیتهای ماکروسکوپی همچون دما، فشار، چگالی و ظرفیت حرارتی کار خود را پیش ببرد.

در واقع دانشمندان به دنبال یافتن این پرسش بودند که آیا می توان ماشینی به طور دائمی کار مکانیکی انجام دهد. آنها مدتی بر روی این موضوع تحقیق کردند و تعدادی از محققین نیز طرحهایی برای این کار پیشنهاد نمودند. شکل زیر یکی از این طرحها را نشان می دهد. هدف این بود که ابزار ساخته شده بدون مصرف هیچ گونه سوخت یا هر گونه انرژی ورودی دیگر، کار خروجی بی پایانی را تامین کند. در شکل میله های کوتاه لولا شده، که به میخ ها تکیه دارند، وزنه ها را به چرخ متصل می کنند. وقتی میله ها در وضعیت نشان داده شده هستند، عدم توازنی در توزیع وزن وجود دارد که موجب ایجاد یک گشتاور ساعتگرد خواهد شد که چرخ را در جهت نشان داده شده می چرخاند، طراح می پنداشت این گشتاور همیشگی است و نه تنها چرخش چرخ را در جهت نشان داده شده می چرخاند، طراحی می پنداشت این گشتاور همیشگی است و نه تنها چرخش چرخ را حفظ می کند، بلکه به طور دائمی به محور آن انرژی می دهد. اما انچه در عمل اتفاق می افتد این است که پس از یک دور چرخیدن، جرم ها در یک وضعیت متعادل باقی می مانند و حرکت متوقف می شود.

در این راه کوششهای فراوانی صورت گرفت؛ در شکلهای زیر می توانید نمونه هایی از این طرحهای پیشنهادی را ببینید.

یافته های حاصل از آزمایشات نشان داد که ساختن چنین ماشینی غیر ممکن است. قانون اول ترمودینامیک نیز چیزی نیست، مگر بیان همین بقای انرژی.

اگر تنها راه تغییر دادن انرژی یک دستگاه، انجام دادن کار روی دستگاه و یا واداشتن دستگاه به انجام کار بود، مسئله ساده بود. هر کاری که روی دستگاه انجام می دادمی در نهایت به صورت انرژی مکانیکی پس گرفته می شد. دادن گرما به دستگاه هم سبب بالا رفتن دمای آن می شود و وقتی جسم به دمای اولیه اش باز می گشت، گرمایی را که قبلاً گرفته بود عیناً پس می داد، به این ترتیب می شد از نوعی انرژی مکانیکی داخلی دستگاه سخن گفت که عبارت بود از جمع جبری کار انجام یافته به وسیله دستگاه و کار انجام شده روی آن؛ در کنار ان دستگاه دارای یک محتوای گرمایی بود، که از جمع جبری گرمای داده شده به دستگاه و گرمای گرفته شده از آن محاسبه می گردید.
آزمایش ژول نشان داد که این تئوری نادرست است. دمای یک جسم را می شد با انجام دادن کار روی آن تغییر داد، یک جسم می توانست گرما بگیرد (مثلاً ماشین بخار) و کار مکانیکی انجام دهد. به این ترتیب معلوم شد که نمی توان از گرمایی که در مقدار معینی ماده وجود دارد و یا از انرژی مکانیکی آن به صورت جدا از هم سخن گفت. جسم فقط دارای یک مخزن انرژی است، که آن را «انرژی داخلی» می نامیم.

هم کار مکانیکی و هم گرما در این مخزن سهیم اند، برداشت انرژی از این مخزن می تواند به صورت کار مکانیکی و یا گرما باشد. این، قانون اول ترمودینامیک است:

هر گاه فرایندی را که با گرما و کار سر و کار دارد به کار گیریم تا دستگاهی را از یک حالت آغازین به حالت جدید برسانیم، تغییر انرژی درونی سیستم مقدار ثابتی دارد که مستقل از جزئیات فرایند است.

قانون اول ترمودینامیک

مطالعه ی ترمودینامیک توسط مهندسین قرن نوزدهم آغاز شد؛ آنها می خواستند بدانند قوانین فیزیک چه محدودیتهایی بر عملکرد ماشین های بخار و سایر ماشین های تولید کننده ی انرژی مکانیکی تحمیل می کنند. ترمودینامیک درباره ی تبدیل یک شکل انرژی به شکلی دیگر، به ویژه تبدیل گرما به سایر شکل های انرژی بحث می کند. این کار با مطالعه ی روابط بین پارامترهای صرفاً ماکروسکوپی صورت می گیرد که رفتار سیستمهای فیزیکی را توصیف می کنند. این گونه توصیف ماکروسکوپی (و در مقیاس بزرگ)، لزوما تا حدودی خام است، چرا که همه ی جزئیات با مقیاس کوچک و میکروسکوپی را نادیده می گیرد. اما در کاربردهای عملی، این جزئیات اغلب مهم نیستند. برای مثال، مهندسی که رفتارهای گازهای حاصل از احتراق را در سیلندر یک موتور اتومبیل بررسی می کند، می تواند با کمیت های ماکروسکوپی مانند دما، فشار، چگالی و ظرفیت حرارتی کار خود را پیش ببرد.
در واقع دانشمندان به دنبال یافتن پاسخ این پرسش بودند که آیا می توان ماشینی ساخت که به طور دائمی کار مکانیکی انجام دهد؟ آن ها مدت ها بر روی این موضوع تحقیق کردند و تعدادی از محققین نیز طرح هایی برای این کار پیشنهاد نمودند. شکل زیر یکی از این طرح ها را نشان می دهد. هدف این بود که ابزار ساخته شده، بدون مصرف هیچ گونه سوخت یا هر گونه انرژی ورودی دیگر، کار خروجی بی پایانی را تامین کند. در شکل، میله های کوتاه لولا شده، که به میخ ها تکیه دارند، وزنه ها را به چرخ متصل می کنند. وقتی میله ها در وضعیت نشان داده شده هستند، عدم توازنی در توزیع وزن وجود دارد که موجب ایجاد یک گشتاور ساعتگرد خواهد شد که چرخ را در جهت نشان داده شده می چرخاند. طراح می پنداشت این گشتاور همیشگی است و نه تنها چرخش چرخ را حفظ می کند، بلکه به طور دائمی به محور آن انرژی می دهد. اما آن چه در عمل اتفاق می افتد، اینست که پس از یک دور چرخیدن، جرم ها در یک وضعیت متعادل باقی می مانند و حرکت متوقف می شود.

در این راه کوشش های فراوانی صورت گرفت؛ در شکل های زیر می توانید نمونه هایی از طرحهای پیشنهادی را ببینید.

آیا می توانید بگویید چرا این ماشین ها کارایی عملی ندارند؟

یافته های حاصل از آزمایشان نشان داد که ساختن چنین ماشینی غیر ممکن است. قانون اول ترمودینامیک نیز چیزی نیست، مگر بیان همین بقای انرژی.
اگر تنها راه تغییر دادن انرژی یک دستگاه، انجام دادن کار روی دستگاه و یا واداشتن دستگاه به انجام کار بود، مسئله ساده بود. هر کاری که روی دستگاه انجام می دادیم، در نهایت به صورت انرژی مکانیکی پس گرفته می شد. دادن گرما به دستگاه،سبب بالا رفتن دمای آن می شود و وقتی جسم به دمای اولیه اش بازمی گردد، گرمایی را که قبلا گرفته بود عینا پس می دهد. به این ترتیب می توان از نوعی انرژی مکانیکی داخلی دستگاه سخن گفت که عبارت است از جمع جبری کار انجام یافته به وسیله ی دستگاه و کار انجام شده روی آن؛ در کنار آن، دستگاه دارای یک محتوای گرمایی است، که از جمع جبری گرمای داده شده به دستگاه و گرمای گرفته شده از آن محاسبه می شود.
آزمایش ژول نشان داد که این تئوری نادرست است. دمای یک جسم را می شد با انجام دادن کار روی آن تغییر داد؛ یک جسم می توانست گرما بگیرد (مثلا ماشین بخار) و کار مکانیکی انجام دهد. به این ترتیب معلوم شد که نمی توان از گرمایی که در مقدار معینی ماده وجود دارد و یا از انرژی مکانیکی آن به صورت جدا از هم سخن گفت. جسم فقط دارای یک مخزن انرژی است، که آن را “انرژی داخلی” می نامیم.
هم کار مکانیکی و هم گرما در این مخزن سهیم اند؛ برداشت انرژی از این مخزن، می تواند به صورت کار مکانیکی و یا گرما باشد. این، قانون اول ترمودینامیک است:

هر گاه فرآیندی را که با گرما و کار سر و کار دارد به کار گیریم تا دستگاهی را از یک حالت آغازین به یک حالت جدید برسانیم، تغییر انرژی درونی سیستم مقدار ثابتی دارد که مستقل از جزئیات فرآیند است.

تغییرات انرژی درونی، برابر مجموع کار انجام شده بر روی سیستم و گرمای داده شده به آن می باشد. به عبارت دیگر اگر تغییرات انرژی درونی را با (u∆)، کار انجام شده بر روی سیستم را با (w) و گرمای داده شده به آن را با (Q) نشان دهیم، خواهیم داشت: Q+W=Δu

قانون دوم ترمودینامیک:

«قانون اول ترمودینامیک بیان می کند که وقتی یک شکل انرژی به شکل دیگر آن تبدیل می شود انرژی کل ثابت می ماند. این قانون محدودیت دیگری را در این فرایند نشان نمی دهد. با وجود این، می دانیم که بسیاری از فرایندها یک جهت طبیعی دارند و این سوال مربوط به جهت است که قانون دوم پاسخگوی آن می باشد. مثلاً گاز در خلا منبسط می شود. ولی عکس آن اگر چه قانون اول را نقض نمی کند هرگز رخ نمی دهد. برای میله ای که دمای یکنواختی دارد، گرم شدن در یک سر و سرد شدن در سر دیگر نقض قانون اول نیست، ولی می دانیم که این اتفاق به طور خودبخود هرگز رخ نمی دهد. قانون دوم معیاری برای پیشگیری اینکه فرایند می تواند به طور خودبخود رخ دهد را بنا می کند و از این رو در شیمی حائز اهمیت بسیاری است.

کمیتی که بیان می کند یک واکنش شیمیایی با تغییر فیزیکی در سیستم منزوی می تواند به طور خودبخود اتفاق بیفتد یا نه آنتروپی S است. آنتروپی مانند انرژی داخلی U تابعی از حالت سیستم است. ترمودینامیک با سرعت رسیدن به تعادل سر و کار ندارد بلکه فقط درباره ی حالت تعادل بحث می کند. گاهی لازم است که حتی گاز داخل ظرف دیگری منبسط شود و برای اینکه بعضی واکنشهای شیمیایی سرعت رسیدن به تعادل بسیار آهسته است.

معرفی S، مجموعه ی کمیتهای ترمودینامیکی مورد نیاز را تکمیل می کند.

قانون سوم ترمودینامیک به ما اجازه ی به دست آوردن مقدار مطلق آنتروپی یک جسم را می دهد.»

قانون اول ترمودینامیک به معرفی انرژی درونی، U منجر شد. این کمیت تابع حالتی است که بر مبنای آن، مجاز بودن یک فرایند مورد قضاوت قرار می گیرد و بیان می دارد که فقط تحولاتی مجاز است که انرژی داخلی کل سیستم منزوی، ثابت بماند. قانونی که ملاک خودبخودی بودن را مشخص می سازد. (قانون دوم ترمودینامیک)، بر حسب تابع حالت دیگری بیان می شود. این تابع حالت، آنتروپی S است.

ملاحظه خواهیم کرد که بر مبنای آنتروپی قضاوت می کنیم که آیا یک حالت به طور خودبخودی از حالت دیگری قابل حصول می باشد. در قانون اول با استفاده از انرژی داخلی، تحولات مجاز مشخص می شود (آنهایی که انرژی ثابت دارند) از قانون دوم با استفاده از آنتروپی، تحولات خود بخودی از بین همان فرایندهایی مشخص می شود که بر مبنای قانون اول مجاز می باشد.

بیان قانون دوم

آنتروپی سیستم منزوی در یک فرایند خودبخودی افزایش می یابد که آنتروپی تمام قسمتهای سیستم منزوی می باشد.
از آنجایی که فرایندهای برگشت ناپذیر (مانند سرد شدن شیئی تا دمای محیط و انبساط آزاد گازها (خود بخودی است، در نتیجه همه آنها با افزایش آنتروپی توام می باشند. این نکته را می توان به این صورت مطرح کرد که در فرایندهای برگشت ناپذیر آنتروپی تولید می شود. از طرف دیگر، در فرایند برگشت پذیر توازن وجود دارد، یعنی سیستم با محیط در هر مرحله در تعادل است. هر مرحله بسیار کوچک در این مسیر برگشت پذیر بوده و پخش نامنظم انرژی روی نمی دهد و در نتیجه آنتروپی افزایش نمی یابد، یعنی در فرایند برگشت پذیر آنتروپی ایجاد نمی شود. آنتروپی در فرایندهای برگشت پذیر از بخشی از سیستم منزوی به بخش دیگری منتقل می گردد.

قانون دوم ترمودینامیک

قانون اول ترمودینامیک تنها بیانی از تئوری کار و انرژی یا قانون بقای انرژی است. یک آونگ ساده یا یک آونگ ایدهآل برای همیشه به نوسان ادامه میدهد. فیلمی از یک آونگ که به جلو و عقب نوسان میکند را در نظر بگیرید. اگر ما فیلم را برعکس نشان بدهیم، نخواهیم توانست آن را از حالت عادی تشخیص بدهیم.
اما برداری (نشانگری) برای زمان وجود دارد. دامنهٔ نوسان آونگ به تدریج کوجکتر میشود. اگر توپی را از ارتفاع خاصی رها کنید، در هر بار برخورد توپ با زمین، کمتر از دفعهٔ قبل بالا خواهد آمد. فیلمی از این توپ در دنیای واقعی، هنگام پخش برعکس، متفاوت دیده خواهدشد. قطعات یخ در داخل فنجان چای ذوب میشوند در حالی که چای سردتر میشود.
هیچ تناقضی با قانون اول ترمودینامیک نخواهد داشت اگر ما ببینیم که در داخل یک فنجان چای قطعات یخ تشکیل شده و چای گرمتر شود. این با قانون بقای انرژی سازگار است اما «ما هیچگاه چنین چیزی را نمیبینیم». قانون دوم ترمودینامیک توضیح میدهد که چرا چنین چیزی اتفاق نمیافتد.

بیان کلوین-پلانک

ساخت یک موتور گرمایی سیکلی (چرخهای) که جز جذب گرما از منبع و انجام کار مساوی با گرمای جذب شده تأثیر دیگری بر محیط نداشته باشد، غیر ممکن است.
یا میتوان گفت که: ساخت ماشین گرمایی با بازدهی ۱۰۰ درصد غیرممکن است.
به بیان سادهتر امکان ندارد یک ماشین گرمایی تمام انرژی را که طی یک چرخه از منبع گرم به دست میآورد به کار تبدیل کند؛ بلکه مقداری از این انرژی به صورت انرژی تلف شده به منبع سرد داده میشود.
بیان کلازیوس

ساخت یک موتور سیکلی که تأثیری جز انتقال مداوم گرما از دمای سرد به دمای گرم نداشته باشد، غیر ممکن است.
به بیان ساده تر امکان ندارد که یک یخچال طی یک چرخه، تمام انرژی را که از منبع سرد دریافت میکند به منبع گرم انتقال دهد؛ بلکه مقداری از این انرژی را طی این فرایند به کار تبدیل میکند.
مانند یخچال که تا کاری انجام ندهد یا به عبارت دیگر تا انرژی الکتریکی مصرف نکند آب را به یخ تبدیل نمیکند.یا اگر ما بخواهیم آب را از روی سطح زمین در ارتفاع ۱۰ متری زمین ببریم احتیاج به موتور و انجام کار است.پس تا زمانی کاری صورت نگیرد نمیتوان گرما را از منبع سرد گرفته و آن را به منبع گرم بدهیم.
ارتباط این دو بیان

این دو بیان قانون دوم ترمودینامیک معادل (همارز) هستند. اگر بتوان یکی از آنها را نقض کرد، دیگری نیز نقض میشود.

اما توجه کنید که مقدار کار یا میزان گرما به جزئیات و مسیر فرآیند وابسته اند.

آبياري سطحي و زیرزمینی - شنبه چهارم تیر 1390
معرفی انواع سریزها - شنبه چهارم تیر 1390
زهکشی عمودی (چاه زهکش) - شنبه چهارم تیر 1390
تصفیه خانه فاضلاب جنوب تهران - شنبه چهارم تیر 1390
هيدروليك چاه و بهره برداري از آبهاي زيرزميني - پنجشنبه دوم تیر 1390
نگاهی به منابع و مصارف آبهای بطری شده - پنجشنبه دوم تیر 1390
انواع آبیاری تحت فشار - پنجشنبه دوم تیر 1390
هنر معماری سنتی و نقش آن در مدیریت آب - پنجشنبه دوم تیر 1390
بررسی تلفات آب - پنجشنبه دوم تیر 1390
زهکشی و انواع آن - پنجشنبه دوم تیر 1390
چاه و انواع آن - پنجشنبه دوم تیر 1390
پیرامون قنات - پنجشنبه دوم تیر 1390
آشنايي با GIS - پنجشنبه دوم تیر 1390
سد سازي در دوره ساساني - پنجشنبه دوم تیر 1390
ساماندهی رواناب - پنجشنبه دوم تیر 1390
پایداری سدها - پنجشنبه دوم تیر 1390
مشکلات موجود در تصفیه خانه فاضلاب و راه کارهای رفع آنها - پنجشنبه دوم تیر 1390
تصفيه خانه آب مراغه - چهارشنبه یکم تیر 1390
تصفيه خانه آب شماره 2 کرج (رجائي شهر) - چهارشنبه یکم تیر 1390
تصفيه خانه آب ايلام - چهارشنبه یکم تیر 1390
تصفيه خانه آب سنندج - چهارشنبه یکم تیر 1390
تصفيه خانه آب شماره 1 اروميه - چهارشنبه یکم تیر 1390
تصفيه خانه آب گرمي استان اردبيل - چهارشنبه یکم تیر 1390
تصفيه خانه آب اهر - چهارشنبه یکم تیر 1390
تصفيه خانه آب مشکين شهر - چهارشنبه یکم تیر 1390
تصفيه خانه آب اليگودرز - دوشنبه سی ام خرداد 1390
تصفيه خانه آب قم - دوشنبه سی ام خرداد 1390
تصفيه خانه آب بابا شيخعلي اصفهان - دوشنبه سی ام خرداد 1390
تصفيه خانه آب بندرعباس - دوشنبه سی ام خرداد 1390
تصفيه آب خانه سوهانک - دوشنبه سی ام خرداد 1390
تصفيه خانه آب شماره 2 اروميه - دوشنبه سی ام خرداد 1390
مروری بر انواع پمپ - یکشنبه بیست و نهم خرداد 1390
دردی که فقط چند دقیقه فروکش می کند - جمعه بیست و هفتم خرداد 1390
منابع آب و اهمیت تصفیه پسابها - پنجشنبه بیست و ششم خرداد 1390
آب Water - پنجشنبه بیست و ششم خرداد 1390
حذف موجودهاي زنده در آب (گندزدايي) - پنجشنبه بیست و ششم خرداد 1390
روش های بهره برداری از دیگ های بخار و کنترل خوردگی در آن ها - پنجشنبه بیست و ششم خرداد 1390
اصول گندزدايي Principles of Disinfection - پنجشنبه بیست و ششم خرداد 1390
كمبود منابع آب جدي است - پنجشنبه بیست و ششم خرداد 1390
حفاظت از آب‌هاي زيرزميني، براي ‌آيندگان - پنجشنبه بیست و ششم خرداد 1390
لوله های زهکشی و آزمایشات آن - پنجشنبه بیست و ششم خرداد 1390
تصفيه خانه آب هشترود - پنجشنبه بیست و ششم خرداد 1390
تصفيه خانه آب شماره 1 کرج (حصار) - پنجشنبه بیست و ششم خرداد 1390
تصفيه خانه آب سيرجان - پنجشنبه بیست و ششم خرداد 1390
تصفيه خانه بزرگ آب گيلان - پنجشنبه بیست و ششم خرداد 1390
آشناي با MTBE (متیل ترسیو – بوتیل اتر) - چهارشنبه بیست و پنجم خرداد 1390
نقش و اهميت آب در كنسرو سازي - چهارشنبه بیست و پنجم خرداد 1390
باکتری لژیونلا در منابع آب بیمارستانی - چهارشنبه بیست و پنجم خرداد 1390
اسمزی معکوس - چهارشنبه بیست و پنجم خرداد 1390
تاسیسات آبرسانی - سه شنبه بیست و چهارم خرداد 1390

مرجع تخصصی آب و فاضلاب