ТАБИҒАТТАҒЫ ПРОЦЕСТЕРДIҢ ҚАЙТЫМСЫЗДЫҒЫ

Энергияның сақталу заңы энергияның мөлшері өзінің кез келген түрленуінде өзгермейді деп тұжырымдайды. Бірақ ол қандай энергетикалық түрленулер болуы мүмкін екендігі жөнінде ештеңе айтпайды. Солай бола тұрса да көптеген процестер, энергияның сақталу заңы тұрғысынан заңды бола тұрып шындығында ешқайсында болып өтпейді.

Қайтымсыз процестерге мысалдар. Қыздырылған дене энергиясын айналасындағы суығырақ денелерге бере отырып, біртіндеп суиды. Ал суық денеден ыстыққа жылу берудің кері процесі энергияның сақталу заңына қайшы келмейді, бірақ мұндай процесс ешқашан да өз-өзінен жүрмейді.

Басқа бір мысал. Тепе-теңдіктен ауытқыған маятниктің тербелісі өшеді (1-сурет, 1, 2,      3, 4 – маятниктің тепе-теңдік жағдайдан ең үлкен ауытқуы кезіндегі біртіндеп орналасу жағдайлары). Үйкеліс күшінің жұмысы есебінен механикалық энергия кемиді, ал маятник пен қоршаған ауаның температурасы (демек, олардың ішкі энергиясы) аздап артады. Энергетикалық тұрғыдан, маятниктің өзінің және қоршаған ортаның суынуы есебінен маятниктің тербеліс амплитудасы артқанда кері процесс болуы мүмкін. Бірақ мұндай процесс ешқашан да байқалған жоқ. Механикалық энергия өздігінен ішкі энергияға айналады, бірақ керісінше емес. Соның өзінде дененің тұтаскан ретті қозғалыс энергиясы оны құрастырып тұрған молекулалардың ретсіз жылулық қозғалысына айналады.

1 сурет

Табиғаттағы процестердің қайтымсыздығы туралы жалпы қорытынды. Ыстық денеден суық денеге жылудың берілуі және механикалык энергияның ішкі энергияға айналуы - міне, бұлар процестердің қайтымсыздығына неғұрлым тән мысалдар. Мұндай мысалдардың бәрі де табиғаттағы процестердің термодинамиканың бірінші заңында ешбір қамтылмаған, белгілі бір бағыттылығы барлығын білдіреді. Табиғаттағы барлык, макроскопиялық процестер тек белгілі бір ғана бағытта өтеді. Кері бағытта олар өз-өзінен өте алмайды. Табиғаттағы барлық процестер қайтымсыз және олардың ішіндегі ең қайғылысы - организмдердің қартаюы және өлуі.

Қайтымсыз процесс ұғымының нақты тұжырымы. Қайтымсыз процестердің мағынасын дұрыс ұғыну үшін мынадай дәлдік енгізу қажет: тек белгілі бір бағытта ғана өз-өзінен жүре алатын процестерді қайтымсыз деп атайды; олар кері бағытта аса күрделі процестің тек бір буыны ретінде ғана өте алады. Айталық, маягниктің тербелу құлашын, оны қолмен итеріп қалып, қайыра арттыруға болады. Бірақ бұл арту өз-өзінен пайда болмайды, ол қолдың қозғалысын қоса алғандағы, әлдеқайда күрделі процестің нәтижесінде мүмкін болады.

«Кері» кино. Табиғаттағы құбылыстардың кайтымсыздығына кинофильмді кері бағытта көру тамаша иллюстрация бола ала­ды. Мысалы суға секіру бұл жағдайда былайша көрінер еді. Бассейндегі тұнық су бұрқырайды да, алдымен жоғары карай екпіндей көтерілген аяқ көрінеді, ал содан соң сүңгушінің өзі көрінеді. Судың беті тез тынышталады. Сүңгушінің жылдамдығы біртіндеп азаяды, міне ол жоғары тұғырда жайбарақат тұр. Егер де процестерді кері өткізуге болатын болса, онда біз экранда нені көрген болсақ, шындығында дәл солай өткен болар еді.

Болып жатқан бұл жағдайдың мағынасыздығы мынада жатыр, біз процестердің белгілі бір бағыттылығына әдеттенгенбіз және олардың керісінше өтуінің мүмкін еместігіне күмәнданбаймыз. Ал сүңгушіні судан шығарып жоғары тұғырға апару сияқты мұндай процесс энергияның сақталу заңына да, механика заңына да, термодинамиканың екінші заңынан басқа, жалпы ешбір заңға да кайшы келмейді.

Термодинамиканың екінші заңы. Термодинамиканың екінші заңы мүмкін болатын энергетикалык түрлендірудің бағытын көрсетеді және сол арқылы табиғаттағы процестердің қайтымсыздығын білдіреді.

Бұл заң тәжірибелік фактілерді тікелей корытындылау жолымен тағайындалған.

Екінші заңның, сырттай өзгешелігіне қарамастан, негізгі мағынасы бір және сондықтан тең түсетін бірнеше тұжырымдамасы бар.

Неміс ғалымы Р. Клаузиус (1822-1888) бұл заңды былай тұжырымдаған: екі жүйеде немесе қоршаған денелерде бір мезгілде басқадай өзгерістер болмаған жағдайда, суығырақ жүйеден ыстығырақ жүйеге жылу беру мүмкін емес.

Бұл арада жылу берудің белгілі бір бағыттылығының тәжірибелік фактісі баса айтылып отыр: жылу ыстықтан суыққа әрдайым өзінен-өзі ауысады. Расында, суыткыш кондырғыларда суық денеден жылырақ денете жылу беру іс жүзіне асырылады, бірақ бұл берілу коршаған денелерде баскадай өзгерістермен байланысты: суыну жұмыстың есебінен болады.

Бұл заңның маңыздылығы сонда, одан тек жылу беру процесінің ғана емес, табиғаттағы баска процестердің де қайтымсыздығы туралы қорытынды шығаруға болады. Егер жылу қандай да бір жағдайларда суық денеден ыстық денеге өздігінен берілген болса, онда бұл басқа процестерді де қайтымды етуге мүмкіндік туғызған болар еді.

Барлық процестер белгілі бір бағытта өз-өзінен жүреді. Олар қайтымсыз. Жылу әрқашанда ыстық дене­ден суыққа беріледі, ал макроскопиялық денелердің механикалық энергиясы - ішкі энергияға айналады.

Табиғаттағы процестердің бағыты термодинамиканың екінші заңын көрсетеді.

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев. Физика. -Алматы, 1998. -256 бет.