Третье начало термодинамики

Второе начало термодинамики

Любой обратимый 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.

Существует ещё две формулировки второго начала термодинамики, эквивалентные закону возрастания энтропии:

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

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

Третье начало термодинамики – теорема Нернста-Планка – постулирует поведение термодинамических систем при нуле Кельвина (абсолютном нуле): энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к нулю по мере приближения температуры к нулю Кельвина.

Теплоемкости C_mV и C_mP при T=0 равны нулю, поскольку

Круговой процесс (цикл)

а)

б)

Круговым процессом (циклом ) называется процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное состояние. На (P,V)-диаграмме цикл изображается замкнутой кривой, где участок 1 – 2 соответствует расширению, а 2 – 1 – сжатию газа.

Работа расширения A₁ (площадь фигуры 1a2V₂V₁1) положительна: A₁>0.

Работа сжатия A₂ (площадь фигуры 2b1V₁V₂2) отрицательна: A₂<0.

Работа за цикл A определяется площадью, охватываемой замкнутой кривой:

Таким образом, работа – это функция не только состояния термодинамической системы, но и вида процесса, который происходит. Поэтому работа не является однозначной функцией состояния (такой, как внутренняя энергия). Из первого начала термодинамики следует, что теплота Q, так же как и работа A, является функцией процесса, который происходит с системой.

Цикл называется прямым, если за цикл совершается положительная работа .

Цикл называется обратным, если за цикл совершается отрицательная работа .

Прямой цикл используется в тепловых двигателях, которые совершают работу за счет полученной извне теплоты. Обратный цикл используется в холодильных машинах (за счет работы внешних сил теплота переносится к телу с более высокой температурой).

В результате кругового процесса система возвращается в исходное состояние, следовательно, полное изменение внутренней энергии равно нулю. Поэтому Q=A, т.е. работа, совершаемая за цикл, равна количеству полученной извне теплоты. Если в ходе кругового процесса система не только получает количество теплоты Q₁, но и теряет (отдает) количество теплоты Q₂, то Q = Q₁ – Q₂.

Коэффициент полезного действия для кругового процесса – это величина, равная отношению работы, совершенной системой, к количеству теплоты, полученному системой в этом цикле:

Дата добавления: 2015-05-06