Физический смысл энтропии и эксергия тела

Рассмотрим необратимый процесс передач теплоты Q от горячего тела с температурой Т₁ к более холодному телу с температурой Т₂. при этом будем считать, что обе температуры выше, чем температура окружающей среды Т₀ (рис. 5.20).

В результате процесса изменения энтропии первого тела составит (знак минус нужен потому, что от первого тела отводится теплота, и, следовательно, его энтропия уменьшается, а под Q имеется ввиду абсолютная величина передаваемого тепла). Равным образом изменение энтропии второго тела составит , т.е. энтропия второго тела увеличивается. Следовательно, суммарное изменение энтропии системы, состоящей из двух рассматриваемых тел, будет равно

. (5.30^/)

Как и следовало ожидать, энтропия системы увеличилась.

Определим теперь изменение работоспособности рассматриваемой системы. Максимальное количество работы за счет теплоты Q может быть получено при осуществлении в заданном температурном интервале цикла Карно. При этом в интервале температур от Т₁ до Т₀ термический к.п.д. цикла составит

,

следовательно, максимальное количество работы, которое можно получить с помощью теплоты Q, будет равно

.

По тем же соображениям максимальное количество работы, которое можно получить от теплоты Q после необратимого перехода его второму телу, составит

.

В результате получается, что рассматриваемый необратимый процесс сопровождается уменьшением работоспособности системы на величину

или

.

Сравнивая полученное выражение с формулой (5.30^/), получаем выражение

, (5.31)

известное под названием уравнения Гуи – Стодолы.

Это уравнение вскрывает физический смысл энтропии. Оказывается, что необратимые процессы перехода теплоты с более высокого на более низкий температурный уровень сопровождаются потерей работоспособности, т.е. деградацией энергии той системы, в которой они происходят, а соответствующее возрастание энтропии пропорционально этой потере работоспособности.

Таким образом, энтропию можно рассматривать как параметр состояния замкнутой системы, увеличение которого является количественной мерой потери работоспособности системы, имеющей место при протекании в ней необратимых процессов.

Максимально возможная работа, которую можно получить за счет теплоты, если холодным приемником является окружающая среда, называется эксергией этой теплоты. В дальнейшем она обозначается буквой Е.

Понятие об эксергии теплоты позволяет не только осуществить анализ совершенства тепловых устройств с позиции первого закона термодинамики, но и оценить работу этих устройств и с позиции второго закона термодинамики.

Дата добавления: 2014-01-03