Сущность второго закона термодинамики

Сади Карно в 1824 г., изучая работу паровой машины, установил, что только при наличии температурного перепада теплота может быть использована для получения механической работы.

Термин «использовано» вместо «преобразовано» не случаен. В пе­риод жизни Карно первый закон термодинамики еще не был установ­лен, и физики того времени считали, что пар, совершив работу и сни­зив при этом температуру, содержит то же количество теплоты, кото­рое было в нем в начале процесса.

С развитием понятия теплоты как вида энергии был установлен первый закон термодинамики, показывающий связь между теплотой и механической работой. Первый закон дает возможность судить о мгновенном состоянии тела и вычислять мгновенные параметры, ха­рактеризующие это состояние. Однако знания уравнения состояния идеального газа p = RT и первого закона термодинамики не позво­ляют судить о протекании процесса и об отношении превращенной в работу теплоты ко всей участвующей в процессе теплоте.

Второй закон термодинамики изучает условия, при которых про­исходят преобразования одного вида энергии в другой. Он устанав­ливает определенные количественные соотношения для процессов са­мопроизвольного распространения теплоты в физических телах.

Второй закон термодинамики имеет много формулировок, но его сущность сводится к следующим трем:

I.Для превращения теплоты в механическую работу необходимо иметь источник теплоты и холодильник с температурой ниже темпе­ратуры источника, т. е. необходим температурный перепад.

II.Вся теплота, подведенная к двигателю, не может быть пол­ностью превращена в работу. Часть этой теплоты переходит к внеш­ним телам, имеющим более низкую температуру.

III. Теплота не может сама собой переходить от менее нагретого шла к более нагретому без затраты внешней работы.

Первые две формулировки относятся к двигателям, в которых теп­лота превращается в работу. Так, например, в паросиловой установке горячим источником являются продукты сгорания топлива, отдающие теплоту рабочему телу (воде). Полученный в паровом котле пар по­ступает на рабочие лопатки турбины. Здесь он, расширяясь, произво­дит работу и охлаждается. Отработавший пар направляется в конден­сатор, где отдает оставшуюся в нем теплоту охлаждающей воде (хо­лодильнику). В двигателях внутреннего сгорания теплота сжигаемого топлива сообщается продуктам сгорания (рабочему телу). Отработав­ший газ сообщается продуктам сгорания (рабочему телу). Отработав­ший газ при более низкой температуре отводится в атмосферу.

Третья формулировка второго закона имеет непосредственное от­ношение к холодильным установкам. Чтобы иметь внутри холодильникa температуру ниже температуры окружающей среды, необходимо затратить определенное количество энергии.

Водяной пар