Выводы Карно:

• «Возникновение движущей силы обязано в паровых машинах не действительной трате тепла, но его переходу от горячего тела к холодному… Недостаточно создать теплоту, чтобы вызвать появление движущей силы: нужно ещё добавить холод, без него теплота стала бы бесполезной» К.П.Д.=A/Q₁=(Q₁-Q₂)/Q₁

• «Движущая сила тепла в идеальном цикле не зависит от агентов, взятых для его развития, её количество исключительно определяется температурами тел, между которыми, в конечном счёте производится перенос тепла»

Цикл Карно: Идеальный цикл, имеющий максимально возможный К.П.Д. Состоит из двух изотерм и двух адиабат. Его коэффициент полезного действия:

К.П.Д.=(T₁-T₂)/T₁

Второе начало термодинамики в формулировке Кельвина: «Невозможно построить периодически действующую машину, единственным результатом которой было бы совершение механической работы.»

Поэтому обязательно должен быть холодильник, которому машина отдает теплоту и тогда Максимально возможный КПД имеет цикл Карно. Его КПД определяется только температурами нагревателя и холодильника:

Второе начало термодинамики в формулировке Клаузиуса: «Невозможен процесс, при котором теплота самопроизвольно переходила бы от более холодных тел к более нагретым.»

5. Энтропия и её статистический смысл Обратимые и необратимые процессы

• Обратимый процесс – возможен обратный процесс, при котором система проходит те же термодинамические состояния, но в обратном порядке

• В принципе обратимых процессов в природе не существует, но если предположить, что система переходит от одного состояния к другому бесконечно медленно через последовательность равновесных состояний (квазистатически), то такой процесс можно считать обратимым

• Пример обратимого процесса: Цикл Карно

• Необратимые процессы:

1. Передача тепла от более нагретого тела менее нагретому

2. Расширение газа в пустоту. На этом примере разобрать понятие о статистическом весе и объяснить понятие энтропии.

Лю́двиг Бо́льцман 1844-1906 – великий австрийский физик, автор статистической трактовки понятия энтропии. Повесился в гостиничном номере на оконной верёвке.

Энтропия

• Количественное значение: S=k·lnΩ, где Ω – термодинамическая вероятность состояния (формула Больцмана, статистическая интерпретация энтропии)

• Приращение энтропии в ходе некоторого процесса: ΔS=Q/T, где Q – полученное системой в процессе количество теплоты, а T – температура, при которой это произошло.

• Физический смысл: Энтропия является мерой неупорядоченности системы (степенью хаоса или беспорядка). Чем больше энтропия, тем больше беспорядка в системе.

• Второе начало термодинамики: «В изолированной системе энтропия не убывает» ΔS≥0

• Другими словами: Предоставленная самой себе система стремится к своему наиболее вероятному состоянию.

Альтернативные формулировки второго начала термодинамики

Статистическая: Система, предоставленная самой себе стремится перейти в своё наиболее вероятное состояние

Житейская: Без постороннего вмешательства хаос побеждает порядок

Третье начало термодинамики (теорема Нернста):

При приближении температуры системы к абсолютному нулю энтропия стремится также к нулю независимо от значений параметров, характеризующих состояние системы

6. Гипотеза «Тепловой смерти Вселенной»

Все виды энергии в конце концов перейдут в тепловую, после чего во Вселенной прекратятся все макроскопические процессы.

Критика концепции «Тепловой смерти Вселенной»

1. Вселенная не является замкнутой системой, и применение к ней второго начала термодинамики бессмысленно.

2. Несмотря на то, что Вселенная пребывает в равновесном состоянии, в отдельных её частях могут происходить отклонения от этого состояния.

3. Энтропия открытой системы может убывать, что иногда приводит к самоорганизации системы. (Объяснить этот пункт)

7. Термодинамика открытых систем

Задание на семинар по теме «Термодинамика»

• Прочитать по учебнику главу 5 «Термодинамический и статистический методы анализа систем и процессов»

• Назначенным студентам разобрать решение следующих задач:

  • 4.1

  • 4.2

  • 4.6