CHƯƠNG 3. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ 2
3.1. Nội dung và ý nghĩa của định luật nhiệt động học cơ bản thứ 2
3.1.1. Nội dung
Định luật 1 mới chỉ ra rằng nhiệt và công là tương đương nhau về lượng, tuy vậy chưa chỉ ra khả năng tiến hành quá trình, điều kiện và mức độ biến đổi giữa các dạng năng lượng trong quá trình. Nhưng trong thiên nhiên có những quá trình, dù vẫn tuân theo định luật bảo toàn năng lượng mà vẫn không có khả năng xảy ra.
Ví dụ, thực tế cho thấy nhiệt chỉ truyền một cách tự nhiên từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp khi tiếp xúc nhau, khi đó nhiệt năng của vật có nhiệt độ cao giảm, nhiệt độ của nó giảm, ngược lại nhiệt năng và nhiệt độ của vật kia tăng, chênh lệch nhiệt độ hai vật giảm. Quá trình ngược lại- vật nhiệt độ thấp truyền nhiệt lượng cho vật có nhiệt độ cao hơn và làm cho nhiệt độ của chúng chênh nhau nhiều hơn thì không thấy xảy ra trong thực tế, mặc dù vẫn đảm bảo tổng năng lượng nhiệt của hai vật không đổi, tức tuân theo định luật I.
Một ví dụ khác nữa, khi có áp suất lớn hơn áp suất môi trường thì khối khí sẽ giãn nở, thể tích nó tăng lên, áp suất giảm đi cho tới khi bằng với áp suất môi trường. Ngược lại, thể tích khối khí không giảm đi khi áp suất của nó lớn hơn của môi trường và làm cho chênh áp ngày càng tăng. Định luật một không cấm, song ta có thể hình dung là khó có thể xảy ra trường hợp mà chuyển động nhiệt hỗn loạn của các phân tử đồng thời cùng một lúc có hướng dồn về một chỗ! Xác suất để xảy ra hiện tượng này gần như bằng không so với vô vàn khả năng vi mô trong hệ nhiều hạt.
Do bản chất tự nhiên của mình, nhiệt lượng- năng lượng truyền ở dạng nhiệt là vô hướng, hỗn độn, tản mát, không tập trung nên không thể tự chuyển thành công được. Ngược lại, khi truyền công cho một vật, năng lượng mà vật nhận được sẽ tự tiêu tán do ma sát, phần biến thành nội nhiệt năng của nó và phần toả nhiệt ra môi trường, động năng vật hoặc dao động đàn hồi mất dần do nội ngoại ma sát. Công ma sát biến thành nhiệt nhưng nhiệt đó không thể biến thành công được.
Do đó các quá trình trong thiên nhiên đều có xu hướng diễn ra theo chiều hướng nhất định, quá trình ngược lại không tự xảy ra được (tức phải kèm theo các quá trình khác).
Từ những ví dụ trên ta thấy các quá trình có thể tự xảy ra là quá trình biến công thành nhiệt lượng, là các quá trình trao đổi năng lượng mà trong đó chiều của dòng năng lượng sẽ từ nơi có các thế tương ứng cao hơn (nhiệt độ, áp suất) tới nơi có thế thấp hơn và dẫn đến giảm mức chênh của các thế này, dẫn đến trạng thái cân bằng. Các quá trình xảy ra theo hướng ngược lại là các quá trình cưỡng bức.
Trong các quá trình tự phát, hệ tiến tới sự cân bằng, khả năng biến đổi của năng lượng giảm, mất dần khả năng sinh công, công chuyển thành nhiệt, nhiệt lượng sẽ có nhiệt độ giảm dần, năng lượng phân tán dần. Trong quá trình ngược lại, chênh lệch các thế tăng, dẫn đến tập trung năng lượng, mật độ vật chất, tổ chức được nâng cao và mối quan hệ chức năng của các phần tử hệ phức tạp hơn, hệ thống phát triển và hoàn thiện hơn.
