Энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к нулю по мере приближения температуры к нулю Кельвина

Термодинамическая вероятность W состояния тела или системы

— это число способов, которыми может быть реализовано данное конкретное термодинамическое состояние (макросостояние). Иначе говоря, это число всевозможных микрораспределений частиц по координатам и скоростям (микросостояний), которыми может быть осуществлено данное макросостояние.

Формула Больцмана: S = k∙lnW

где k — постоянная Больцмана.

Энтропия системы определяется логарифмом числа микросостояний, с помощью которых может быть реализовано данное макросостояние.

Энтропия является мерой неупорядоченности системы, — чем больше число микросостояний, реализующих данное макросостояние, тем больше энтропия.

17. Принцип возрастания энтропии.

все процессы в замкнутой системе ведут к увеличению её энтропии. В замкнутой системе идут в направлении от менее вероятных состояний к более вероятным, до тех пор, пока вероятность состояния не станет максимальной.

В состоянии равновесия — наиболее вероятного состояния системы — число микросостояний максимально, при этом максимальна и энтропия.

18. Второе начало термодинамики

Любой необратимый процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает (закон возрастания энтропии).

Первое начало термодинамики выражает закон сохранения и превращения энергии применительно к термодинамическим процессам.

Второе начало термодинамики определяет направление протекания термодинамических процессов, указывая, какие процессы в природе возможны, а какие — нет.

Существуют ещё двеформулировки второго начала термодинамики, эквивалентных закону возрастания энтропии:

1) по Кельвину: невозможен круговой процесс, единственным
результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу;

2) по Клаузиусу: невозможен круговой процесс, единственным
результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к телу более нагретому.

19. Третье начало термодинамики.

Третье начало термодинамики — теорема Нернста-Планка — постулирует поведение термодинамических систем при нуле Кельвина (абсолютном нуле):

Теплоемкости C_v и С_р при Т = 0К равны нулю, поскольку:

;

_______________________

Далее – тепловые машины и холодильники

20. Тепловые двигатели и холодильные машины

Тепловой двигатель — это периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет полученной извне теплоты.

Термостатом называется термодинамическая система, которая может обмениваться теплотой с телами практически без изменения собственной температуры.

Рабочее тело — это тело, совершающее круговой процесс и обменивающееся энергией с другими телами.

Принцип работы теплового двигателя: от термостата с более высокой температурой Τ₁, называемого нагревателем, за цикл отнимается количество теплоты Q₁, а термостату с более низкой температурой Т₂, называемому холодильником, за цикл передается количество теплоты Q₂. При этом совершается работа А = Q₁ - Q₂.

Термический КПД двигателя:

Чтобы КПД был равен 1, необходимо, чтобы Q₂ = 0, а это запрещено вторым началом термодинамики.

Процесс, обратный происходящему в тепловом двигателе, используется в холодильной машине: от термостата с более низкой температурой Т₂ за цикл отнимается количество теплоты Q₂ и отдается термостату с более высокой температурой Т₁>Т₁. При этом Q = Q_l - Q₂ = А или Q_l = Q₂ + А

Количество теплоты Q₁, отданное системой термостату T₁, больше количества теплоты Q₂, полученного от термостата Т₂ на величину работы, совершенной над системой.

Эффективность холодильной машины характеризует холодильный коэффициент η' — отношение отнятой от термостата с более низкой температурой количества теплоты Q₂ к работе А, которая затрачивается на приведение холодильной машины в действие:

21. Теорема Карно

Из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей Τ₁ и холодильников Т₂, наибольшим КПД обладают обратимые машины.

При этом КПД обратимых машин, работающих при одинаковых температурах нагревателей и холодильников, равны друг другу и не зависят от природы рабочего тела, а определяются только температурами нагревателя и холодильника.

22. Цикл Карно

Наиболее экономичный обратимый круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.

Рассмотрим прямой цикл Карно, в котором в качестве рабочего тела используется идеальный газ, заключенный в сосуд с подвижным поршнем.

Последовательные термодинамические процессы в цикле Карно:

1 – изотерма – 2 – адиабата – 3 – изотерма – 4 – адиабата – 1

Изотермическое расширение 1 – 2 T = const; V2 > V1
Адиабатическое расширение 2 – 3 δQ = 0; T2 < T1
Изотермическое сжатие 3 – 4 T = const; V4 < V3
Адиабатическое сжатие 4 – 1 δQ = 0; T1 > T2

Работа, совершаемая в результате кругового процесса:

A = A₁₂ + A₂₃ + A₃₄ + A₄₁ = Q₁ + A₂₃ – Q₂ – A₂₃ = Q₁ – Q₂

Для адиабат 2 – 3 и 4 – 1 уравнения Пуассона:

; , откуда V₁/V₂ = V₃/V₄,

Используя это, определим термический КПД цикла Карно:

,

который действительно определяется только температурами нагревателя и холодильника.

___________________________

Конец 2-й лекции

Конец молекулярке

Дата добавления: 2014-12-27