Определение энтропии

Энтропия определяется как:

S = H / T

где

S = энтропия (кДж/кг*К)

H = энтальпия (кДж/кг)

T = абсолютная температура (K)

Изменение энтропии системы вызвано изменением содержания темпла в ней. Изменение энтропии равно изменению темпла системы деленной на среднюю абсолютную температуру (T_a):

dS = dH / T_a

Сумма значений (H / T) для каждого полного цикла Карно равна 0. Это происходит из-за того, что каждому положительному H противостоит отрицательное значение H.

· Тепловой цикл Карно

Цикл Карно— идеальный термодинамический цикл.

В тепловом двигателе, газ (реверсивно) нагревается (reversibly heated), а затем охлаждается. Модель цика следующая: Положение 1 --(изотермическое расширение) --> Положение 2 --(адиабатическое расширение) --> Положение 3 --(изотермическое сжатие) --> Положение 4 --(адиабатическое сжатие) --> Положение 1

Положение 1 - Положение 2: Изотермическое расширение
Изотермическое расширение. В начале процесса рабочее тело имеет температуру T_h, то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты Q_H. При этом объём рабочего тела увеличивается. Q_H=∫Tds=T_h (S₂-S₁) =T_h ΔS
Положение 2 - Положение 3: Адиабатическое расширение
Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение. Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.
Положение 3 - Положение 4: Изотермическое сжатие
Изотермическое сжатие. Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру T_c, приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты Q_c. Q_c=T_c(S₂-S₁)=T_c ΔS
Положение 4 - Положение 1: Адиабатическое сжатие
Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие. Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.

При изотермических процессах температура остаётся постоянной, при адиабатических отсутствует теплообмен, а значит, сохраняется энтропия.

Поэтому цикл Карно удобно представить в координатах T и S (температура и энтропия).

Законы термодинамики были определены эмперическим путем (эксперементально). Второй закон термодинамики - это обощение экспериментов, связанных с энтропией. Известно, что dS системы плюс dS окружающей среды равно или больше 0.

· Энтропия адиабатически изолированной системы не меняется!

Ве́чный дви́гатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу бо́льшую, чем количество сообщённой ему энергии.

· Вечный двигатель первого рода — устройство, способное бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал. Невозможность осуществления вечного двигателя первого рода постулируется в термодинамике как первое начало термодинамики.

· Вечный двигатель второго рода — машина, которая, будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел. Невозможность осуществления вечного двигателя второго рода постулируется в термодинамике в качестве одной из эквивалентных формулировок второго начала термодинамики.

НЕВОЗМОЖНОСТЬ ВЕЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПЕРВОГО РОДА

Согласно первому началу термодинамики система, которая поставлена в такие условия, что она не может получать теплоту от окружающих ее тел, может совершать работу только за счет убыли своей внутренней энергии. Любая система обладает определенным запасом внутренней энергии, поэтому и работа, которую она может совершить, ограничена запасами в нутренней энергии и по этой причине является конечной. Последнее означает, что невозможна такая машина, которая бы вечно работала, не получая энергию от внешних тел.

Любая тепловая машина является периодически действующим устройством, а это значит, что ее рабочее вещество должно совершать замкнутый цикл, то есть возвращаться в исходное состояние. Поскольку внутренняя энергия есть функция состояния системы, то ее изменение по завершении цикла равно нулю (ΔU = 0). Тогда, как следует из первого начала термодинамики, система может выполнить отличную от нуля работу только в том случае, когда она будет получать отличную от нуля теплоту от внешних тел. За счет этой полученной теплоты Q она и совершит эквивалентную работу А (А = Q). Энергия, необходимая для работы тепловых двигателей извлекается при сжигании угля, газа, нефти и других природных ресурсов.

Воображаемый двигатель, который мог бы совершать работу, не заимствуя энергию у внешних тел, называется вечным двигателем первого рода. На основании первого начала термодинамики можно сделать вывод: вечный двигатель первого рода невозможен. Это утверждение можно рассматривать как одну из формулировок первого начала.