II начало термодинамики

Самопроизвольные необратимые процессы всегда ведут к выравниванию интенсивных параметров, в том числе и Т.

Обратимые – процессы, которые при бесконечно малом изменении действующих на систему сил могут идти, как в прямом, так и в обратном направлении, и без изменения работоспособности системы в обоих направлениях. Т.к. действующие силы малы, то такие процессы протекают бесконечно медленно (процессы в гальваническом элементе, все фазовые переходы).

Задача II начала ТД: ответить на вопрос – какие процессы могут идти самопроизвольно?

Формулировки:

1. Кельвин – Планк: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты в работу (т.е. процесс превращения теплоты в работу необратим);

2. предложена Клаузиусом: Теплота не может переходить сама собой от менее нагретого тела к более нагретому (т.е. процесс теплопроводности необратим);

3. Оствальд: невозможно построить такую периодически действующую машину (вечный двигатель второго рода), все действия которого сводились бы к производству работы и соответствующему охлаждению источника.

Рисунок. Цикл Карно (а) и термодинамическая схема тепловой машины (б).

Теорема Карно– Клаузиуса:

коэффициент полезного действия машины (КПД) при работе по обратимому циклу не зависит от природы рабочего тела, а определяется только интервалом температур, в котором совершается работа:

.

Для 1 моль идеального газа:

1. изотермическое расширение при Т₁:

Þ

2. адиабатическое расширение:

, где , т.е.

3. изотермическое сжатие при Т₂ (на сжатие газа затрачена работа окажется целиком превращенной в теплоту Q₂, отдаваемую холодильнику)

Þ

4. адиабатическое сжатие:

, где , т.е.

Суммарная работа цикла:

Þ

Суммарная теплота процесса:

Уравнения для адиабат:

, Þ

или

для бесконечно малого цикла Карно:

или

для конечного цикла Карно

или в пределе может быть заменена интегралом по замкнутому контуру:

– аналитическое уравнение II закона термодинамики

–

фундаментальное уравнение термодинамики

Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах.

	Неизолированная система
Обратимый процесс	Необратимый процесс
Конечное изменение системы
Изотермический
аддиабатический
	Изолированная система
Обратимый процесс	Необратимый процесс
S=const	S увеличивается