Тема: второй закон термодинамики

ЛЕКЦИЯ № 8

Первым законом термодинамики устанавливается:

1. эквивалентность взаимных превращений тепла и работы и, следовательно, количественные отношения между теплом и работой при этих превращениях;

2. постоянство энергии изолированной термодинамической системы;

3. взаимная связь между теплом, внутренней энергии системы и работой изменения объёма, совершаемой ею или совершаемой над ней окружающей средой.

Первый закон термодинамики характеризует процессы превращения энергии с количественной стороны.

Второй закон термодинамики характеризует качественную сторону этих процессов.

Первый закон ТД утверждает, что в природе теплота и работа эквивалентны и взаимопревращаемы. Но из первого закона ТД не указаны условия, при которых эти превращения теплоты и работы возможны, так как не все процессы в природе осуществимы. Например, I закон ТД не определяет направление переноса теплоты и не отвечает на вопрос- вся ли теплота переходит в работу или только какая – то ее часть и т.д.

Из опыта следует, что теплота переходит самопроизвольно только от более нагретого тела к менее нагретому, и работу можно превращать в теплоту, но не наоборот. Поэтому, между преобразованием теплоты в работу и наоборот, работы в теплоту существует различие.

В.Томсон (лорд Кельвин) предложил в 1851 г. следующую формулировку: невозможно при помощи неодушевленного материального агента получить от какой-либо массы вещества механическую работу посредством охлаждения ее ниже температуры самого холодного из окружающих предметов.

М.Планк предложил формулировку более четкую, чем формулировка Томсона: невозможно построить периодически действующую машину, все действие которой сводилось бы к понятию некоторого груза и охлаждению теплового источника. Под периодически действующей машиной следует понимать двигатель, непрерывно (в циклическом процессе) превращающий теплоту в работу. В самом деле, если бы удалось построить тепловой двигатель, который просто отбирал бы теплоту от некоторого источника и непрерывно (циклично) превращал его в работу, то это противоречило бы положению о том, что работа может производиться системой только тогда, когда в этой системе отсутствует равновесие (в частности, применительно к тепловому двигателю – когда в системе имеется разность температур горячего и холодного источников).

Второй закон термодинамики указывает направление передачи теплоты, а также ее долю, которую возможно перевести в работу.

В 1850 году Р. Клаузиус дал следующую формулировку II закона ТД: «Теплота не может переходить от холодного тела к более нагретому сама собой».

В 1851 году У. Томсон дал другую формулировку II закона ТД: Не вся теплота, полученная от теплоотдатчика, может перейти в работу, а только некоторая её часть. Другая её часть неизбежно должна перейти в теплоприёмник».

В 1892 году В. Оствальд сформулировал II закон ТД так: «Осуществление вечного двигателя второго рода невозможно».

Если обобщить все формулировки, то получим следующую формулировку II закона ТД: «Любой реальный процесс является необратимым».

Следовательно, для существования теплового двигателя необходимо наличие теплоотдатчика (горячего источника), рабочего тела и теплоприемника (холодного источника).

Второй закон термодинамики определяет:

- направление, в котором протекают процессы;

- устанавливает условия преобразования тепловой энергии в механическую;

- определяет максимальное значение работы, которая может быть произведена тепловым двигателем.

Математически II закон ТД записывается в виде: , (1)

где - бесконечно малое приращение энтропии системы;

- бесконечно малое количество теплоты, полученной системой от источника теплоты; - абсолютная температура источника теплоты.

Знак «>» соответствует необратимым процессам.

Знак «=» соответствует обратимым процессам.

Аналитически II закон ТД имеет вид: или (2)

Дата добавления: 2014-11-08