Другий закон термодинаміки

Якщо перший закон термодинаміки встановлює кількісні співвідно-шення у теплових процесах, то другий закон вказує направленість цих процесів.

Другий закон термодинамiки має кiлька формулювань, але всi вони за своєю суттю iдентичнi.

1. Теплота не може переходити сама собою вiд менш нагрiтого тiла до бiльш нагрiтого.

2. Неможливо побудувати перiодично дiючу машину, вся робота якої зводилася б до забирання теплоти вiд теплового резервуара i повного перетворення її у механiчну роботу — частина теплоти неодмiнно передаватиметься холодильнику.

З. Вічний двигун другого роду здiйснити неможливо, тобто неможливо побудувати такий двигун, який виконував би роботу лише завдяки охолодженню навколишнiх тiл природи.

Таким чином, для такого двигуна не потрiбно було б холодильника, а створення його вiдкрило б необмеженi можливостi для виконання роботи завдяки охолодженню до нижчих температур величезних теплових резер-вуарiв, якими є моря та океани або земна кора.

Коловий процес. Коловим процесом (циклом) називається процес, при якому система, пройшовши через ряд станiв, повертається у вихiдний стан. На дiаграмi процесiв зображається замкненою кривою (рис. 2.12).

Рис.2.12 Рис.2.13

Прямий цикл використовується в тепловому двигунi, в якому робоче тiло отримує енергiю у формi теплоти вiд зовнішніх джерел i частину її вiддає у формі роботи.

Тепловий двигун складається з трьох частин: нагрiвник, робоче тiло, холодильник (рис.2.13). Вiд термостата з вищою температурою Т₁, який називасться нагрiвником, за цикл вiдбирасться кiлькiсть теплоти Q₁, а термостату з нижчою температурою Т₂, який називається холодильником, за цикл передається кiлькiсть теплоти Q₂ i виконується робота

А = Q₂ -Q_1. (2.40)

Тепловий двигун характеризується коефiцiєнтом корисної дiї, який дорiвнює вiдношенню роботи А, яка виконана тiлом за цикл, до кiлькостi теплоти Q_1, що отримало тiло вiд нагрiвника:

(2.41)

Цикл Карно. Оборотний цикл, у ході якого система вступає у теплообмін з двома тепловими резервуарами, повинен складатися з двох ізотерм і двох адіабат. Адіабати йдуть крутіше ізотерм і замикають дві ізотерми у цикл. Такий цикл було введено в розгляд Карно і він отримав його ім’я (рис. 2.14), а теплова машина, яка працює за циклом Карно, називається ідеальною тепловою машиною.

ККД циклу Карно визначається формулою

, (2.42)

Рис. 2.14

де T₁ – температура нагрівника; T₂ – температура холодильника.

Карно довiв теорему: 1) коефіцієнт корисної дії ідеальної теплової машини визначається лише температурами нагрівника і холодильника;

2) iз всіх перiодично діючих теплових машин, що мають однаковi температури нагрiвникiв і холодильникiв, найбiльший ККД мають оборотнi машини; при цьому ККД оборотних машин, що працюють при однакових температурах нагрiвникiв і холодильникiв, дорiвнюють один одному i не залежать вiд конструкцiї машини.

Нерівність Клаузіуса. Справедливі два твердження:

1. ККД всіх оборотних теплових машин, що працюють в ідентичних умовах (тобто при однакових температурах нагрівача і охолоджувача), однаковий.

2. ККД теплової машини, яка працює за необоротним циклом, завжди менший, ніж ККД машини, що працює за оборотним циклом, якщо умови роботи двох машин однакові. Це пояснюється тим, що повна робота при необоротному циклі менша, ніж при оборотному.

Якщо система у циклі вступає у теплообмін з N тілами, при цьому від тіла з температурою T_i отримує кількість тепла _, то повинна виконуватися умова:

, (2.43)

яка має назву нерівності Клаузіуса. Відношення теплоти _i, яку отримує система, до температури T_i, при якій ця теплота доставляється усистему, називається зведеною кількістю теплоти. З нерівності (2.43) випливає, що сума зведених кількостей теплоти, отриманих системою за цикл, дорівнює нулю, якщо цикл оборотний, і менша нуля, якщо цикл необоротний.

Дата добавления: 2014-01-04