Термодинамики

Объединенное уравнение первого и второго начал

Второе начало термодинамики. Энтропия.

Второе начало термодинамики

Энтропия.

ЛЕКЦИЯ 8

Рис. 12

Из выражения первого начала термодинамики DU = Q - А следует, что изменению внутренней энергии DU может соответствовать множество процессов с передачей различных количеств теплоты и работы, лишь бы их алгебраическая сумма оставалась равной величине DU.

Однако некоторые процессы, для которых соблюдается первое начало термодинамики, неосуществимы на практике. Со стороны первого начала термодинамики нет никаких препятствий к тому, чтобы при теплообмене двух тел тепло переходило от менее нагретого к более нагретому телу самопроизвольно. Однако из опыта известно, что такие процессы не реализуются.

Запрещая вечный двигатель 1-го рода, первое начало термодинамики не исключает возможности создания такой машины непрерывного действия, которая бы была способна превращать в полезную работу всю подводимую к ней теплоту (так называемый вечный двигатель 2-го рода). В то же время экспериментально установлено, что если работа может быть полностью превращена в теплоту, то только часть теплоты может быть обращена в работу. (Здесь речь не идет о термодинамическом цикле, для которого выполняется принцип эквивалентности теплоты и работы).

Принципом, устанавливающим, какие именно процессы возможны, а какие нет, является второе начало термодинамики.

1. Формулировка Р. Клаузиуса (1850).

Невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более нагретым.

2. Формулировка У. Томсона (1851).

Невозможно теплоту какого-либо тела превратить в работу, не производя никакого другого действия, кроме охлаждения этого тела.

3. Для любого реального процесса невозможно найти способ возвращения системы в её первоначальное состояние, т. е. любой реальный процесс в термодинамике считается необратимым.

Для количественной оценки степени необратимости реальных процессов Р. Клаузиусом в 1865г. было введено представление о новом термодинамическом параметре, получившем название энтропии (от греч. поворот или превращение).

Энтропия - величина, бесконечно малое приращение которой при изотермическом сообщении системе элементарного количества теплоты определяется как

. (22)

Энтропия является функцией состояния, т.е. её изменение не зависит от пути процесса, а определяется только начальным и конечным состояниями системы:

Δ (23)

Энтропия обладает свойством аддитивности, т.е. изменение энтропии всей системы в целом складывается из изменения энтропии отдельных её частей: изменение энтропии в сложном процессе представляется как сумма изменений энтропии на отдельных её стадиях.

Второе начало термодинамики представляет собой закон сохранения и возрастания энтропии. Для изолированных систем (δQ=0) второе начало термодинамики имеет вид:

dS ≥ 0; ΔS ≥0. (24)

Дата добавления: 2014-01-06