Объем не меняется, газ работы не совершает

Первое начало термодинамики для изобарного процесса:

Q=Cp∆T

В изотермическом процессе температура постоянна, поэтому внутренняя энергия не меняется, и первое начало термодинамики для этого процесса можно получить следующим образом:

Q=A=νRTln(V2/V1)

Адиабатический процесс. Газ не обменивается теплом с окружающей средой. Первое начало термодинамики для адиабатического процесса: Q=0

В адиабатическом процессе ∆U=-A

Отсюда следует вывод, что при адиабатическом расширении (A>0) газ охлаждается (∆U<0), а при адиабатическом сжатии(A<0) – нагревается (∆U>0).

Первое начало термодинамики для любого квазистатического процесса с идеальным газом имеет вид: Q=vCv∆T+A

1. Второе начало термодинамики

Второе начало термодинамики (формулировка Клаузиуса): в природных процессах «теплота не может самопроизвольно переходить от тела менее нагретого к телу более нагретому». Под теплотой здесь понимается внутренняя энергия.

Второе начало термодинамики (формулировка Томсона): невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет уменьшения внутренней энергии теплового резервуара. Под тепловым резервуаром понимают тело или систему тел, обладающую запасом внутренней энергии. А круговой процесс (цикл) – это процесс, в результате которого система, пройдя ряд состояний, каждый раз возвращается в исходное.

Этот закон утверждает, что невозможно построить вечный двигатель. Невозможно всё тепло, взятое у нагревателя Q1, перевести в полезную работу А, - неизбежно будут тепловые потери Q2, то есть тепло, отданное холодильнику.

Принцип работы тепловой машины:

Нагревательàотдает тепло Q1àМашина совершает работу A=Q1-|Q2|à Q2àХолодильник

КПД: η=A/Q1

Любой живой организм можно рассматривать как тепловую машину. В качестве «нагревателя» (источника энергии) здесь будут питательные вещества, молекулы которых содержат энергию Q1, выделяющуюся при их расщеплении. Полезная энергия А, полученная при расщеплении молекул питательных веществ, идёт на рост и деление клеток, на их движение, и в конечном итоге на рост и движение всего организма, если организм многоклеточный. Часть энергии Q2 превращается в тепло. Так, в процессе теплообмена теплокровные животные постоянно отдают тепло в окружающую среду («холодильник») с более низкой температурой.

1. Системы с переменным числом частиц

1. Энтропия

Энтропия – мера хаоса в системе. Изменение энтропии при равновесном (квазистатическом) переходе термодинамической системы из состояния 1 в состояние 2 ∆S=S2-S1=∫δQ/T

Энтропию ещё называют приведенной теплотой и измеряют в Дж/К.

С помощью этой формулы можно найти изменение энтропии для процессов с идеальным газом. Например, в равновесном адиабатическом процессе энтропия не меняется, так как δQ=0.

Второе начало термодинамики можно сформулировать через энтропию: энтропия замкнутой системы при протекании необратимых процессов возрастает. Энтропия системы, находящейся в равновесном состоянии максимальна и постоянна. ∆S≥0

Замкнутая система – система, которая не обменивается с окружающей средой ни энергией, ни веществом.