Вопрос 6. Теорема Нернста.

Теорема Нернста (третье начало (третий закон)термодинамики)) — это физический принцип, определяющий поведение энтропии при приближении температуры к абсолютному нулю; является одним из постулатов термодинамики, принимаемым на основе обобщения значительного количества экспериментальных данных.

Формулировки:

1) Изменение энтропии любой термодинамической системы стремится к нулю при стремлении к нулю абсолютной температуры системы, то есть

2) При температуре абсолютного нуля энтропия всех однородных веществ в состоянии равновесия обращается в ноль, т.е.

при Т=0 S=0.

Третий закон термодинамики позволяет находить абсолютное значение энтропии, что нельзя сделать на основе первого и второго законов термодинамики, на основе которых энтропия может быть определена лишь с точностью до произвольной постоянной S₀, что не мешает термодинамическим исследованиям, так как реально обычно определяется разность энтропий.

В практике за начало отсчета энтропии часто принимают энтропию при каких-либо условиях, например, при н.ф.у., т.е. S₁=S_нор=0. Тогда энтропия при некоторых значениях р и Т будет равна

S - S_нор = S = c_υm ∙ln(T/T_нор)+R∙ln(υ/υ_нор) = c_pm ∙ln(T/T_нор)-R∙ln(p/p_нор)

Третий закон термодинамики.

Третье начало термодинамики, называемое также теоре-

мой Нернста, устанавливает начало отсчета энтропии. Оно гла-

сит: энтропия любой термодинамической системы стремится к

нулю при стремлении к нулю абсолютной температуры систе-

мы, то есть

0

lim 0

T

S

→

= .

Второй закон термодинамики объясняет направление протекания процессов и вводит понятие энтропии ΔS=Q/T. Критерием самопроизвольного протекания процесса в изолированной системе является ΔS>0, равновесия –ΔS=0.

Энтропия S, как параметр состояния, позволяет сформулировать количественно II закон. Так как диссипация энергии ψ в реальном процессе проявляется в форме тепла диссипации, то элементарное изменение энтропии в квазиравновесном приближении процесса, согласно (10), можно представить в виде

. (21)

По II закону энтропия системы S увеличивается даже при протекании реального процесса в адиабатной системе ( ), поскольку вследствие необратимости, обусловленной диссипативными явлениями, энтропия в системе производится. По этой причине представляется оправданным разделение изменения энтропии на две части: на энтропию , переносимую через границы системы с теплом, и на энтропию , произведенную в системе, т.е.

. (22)

В отличие от энтропии системы s, переносимая s_q и производимая s_H энтропии не являются параметрами состояния, а относятся к характеристикам процесса.

Из Википедии

Эксергия (эксэргия) (от греч. ek, ех — приставка, означающая высокую степень, и ergon — работа) —часть энергии, равная максимальной полезной работе, которую может совершить термодинамическая система при переходе из данного состояния в состояние равновесия с окружающей средой. Эксергией иногда называется работоспособность системы. Использование понятия эксергии даёт возможность количественно определить влияние неравновесия термодинамических процессов на эффективность преобразования энергии, то есть позволяет вычислять особенности второго начала термодинамики: выделить ту часть энергии, которая не может быть использована из-за газодинамических явлений, трения, теплообмена. Такой подход даёт возможность анализировать степень термодинамической доскональности того или другого элемента установки и не требует предварительной оценки работоспособности всей установки в целом.