Второй закон (начало) термодинамики. Энтропия

 

Согласно первому закону термодинамики, могут протекать только такие процессы, при которых полная энергия системы остается неизменной. Например, превращение тепловой энергии целиком в механическую не связано с нарушением первого закона; тем не менее оно не возможно. Второй закон термодинамики еще больше ограничивает возможные процессы превращения.

Теплоту можно превратить в работу только при условии, что часть этой теплоты одновременно перейдет от горячего тела к холодному (принцип действия тепловых двигателей).

Устройство, которое вопреки этому закону получало бы тепловую энергию от нагревателя и производило равное количество механической энергии, называется вечным двигателем второго рода. (Пример: камень, который охлаждаясь поднимался бы вверх!)

Чтобы теплота могла перейти от холодного тела к горячему, необходимо затратить механическую работу (принцип действия холодильных машин). Отсюда следует, что в замкнутой системе в отсутствие каких-либо процессов не может сама по себе возникнуть и разность температур, т.е. теплота не может самопроизвольно перейти от более холодных частей системы к более горячим.

Все термодинамические процессы, протекающие в замкнутой системе, можно подразделить на обратимые и необратимые.

Термодинамический процесс обратим, если, протекая в обратном направлении, он возвращает систему в исходное состояние без затрат энергии.

В противном случае термодинамические процессы называются необратимыми. Они протекают самопроизвольно только в одном направлении.

 

Примеры обратимых процессов: движение планет, незатухающие колебания маятника, упругий удар, цикл Карно.

 

Примеры необратимых процессов: затухающие колебания маятника, неупругий удар, процессы с трением, диффузия, теплопередача, теплообмен.

 

Большинство процессов в технике представляют собой необратимые процессы или по крайней мере содержат этапы, являющиеся необратимыми процессами.

 

Из уравнений (9.32) и (9.35) для цикла Карно (обратимого) следует

 

 

и наконец, (9.36)

 

Это уравнение означает, что количество теплоты, полученное или отданное телом при обратимом процессе, пропорционально температуре.

 

Отношение Q/T называется приведенным количеством теплоты.

 

Сумма приведенных количеств теплоты при любом обратимом процессе равна нулю:

 

, (9.37)

или в дифференциальной форме

 

. (9.38)

 

Знак означает, что интеграл берется по замкнутому контуру (круговой процесс).

В каждом цикле обратимого процесса все термодинамические параметры принимают исходные значения, т.е. их изменение равно нулю, можно определить термодинамический параметр состояния — энтропию S как функцию, дифференциал которой равен

 

. (9.39)

 

Единица СИ энтропии .

Поскольку в уравнения обычно входит не сама энтропия, а ее изменение, за нулевое значение энтропии в технике обычно произвольно принимают ее значение, соответствующее температуре .

Воспользовавшись уравнением (9.39), получим следующее выражение для изменения энтропии при переходе из состояния 1 в состояние 2:

 

. (9.40)

 

При обратимом процессе изменение энтропии .

При необратимом процессе изменение энтропии .

 

Все процессы в природе протекают в направлении увеличения энтропии.

 

Использование понятия энтропии позволяет очень просто сформулировать второй закон термодинамики:

 

. (9.41)

 

Энтропия замкнутой системы не может уменьшаться!

 

Неравенство (9.41) называется неравенством Клаузиуса.

 






Дата добавления: 2016-06-05; просмотров: 1314; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2021 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.025 сек.