Второй закон термодинамики

Естественные процессы всегда направлены в сторону достижения системой равновесного состояния. Это явление огранено вторым законом термодинамики, имеющим большое значение для анализа работы теплоэнергетических машин. В соответствии с этим законом, теплота самопроизвольно может переходить только от тела с большей к телу с меньшей температурой, для осуществления обратного процесса должна быть затрачена определенная работа. В связи с этим второй закон термодинамики также можно сформулировать следующим образом: невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более теплым (постулат Клаузиуса 1850 г.)

Второй закон термодинамики определяет также условия, при которых теплота может, как угодно долго преобразовываться в работу.

В любом разомкнутом ТДП при увеличении объема совершается положительная работа, но процесс расширения не может продолжаться бесконечно, и, следовательно, возможность преобразования теплоты в работу ограничена.

Непрерывное преобразование теплоты в работу осуществляется только в круговом процессе или цикле, т.к. каждый элементарный процесс, входящий в цикл, осуществляется при подводе или отводе теплоты dQ, сопровождается совершением или затратой работы dL, увеличением или уменьшением внутренней энергии dU, но всегда при выполнении условия dQ=dU+dL. Интегрирование уравнения (49) первого закона термодинамики для изолированных систем по замкнутому контуру приводит:

(61)

Работа цикла L_ц представляет собой разность положительных и отрицательных работ элементарных процессов цикла. L _ц определяется площадью, занимаемой циклом.

Элементарное количество теплоты можно рассматривать как подводимое и отводимое от рабочего тела (Q₁ и Q₂). Следовательно,

. (62)

Таким образом, для совершения цикла необходимо иметь два источника теплоты: один с высокой температурой Т ₁, а другой – с низкой Т ₂. При этом не все затраченное количество теплоты Q₁ может быть превращено в работу, т.к. количество теплоты Q₂ передается холодному источнику. В связи с этим второму закону термодинамики были даны еще несколько формулировок:

· передача теплоты от холодного источника теплоты к горячему невозможна без затраты работы;

· невозможно построить периодически действующую машину, совершающую механическую работу и соответственно охлаждающую тепловой резервуар (постулат Томсона 1851 г.);

· природа стремится к переходу от менее вероятных состояний к более вероятным (постулат Больцмана).