34. Второй закон термодинамики.

2-й закон — второе начало термодинамики: Второй закон термодинамики исключает возможность создания вечного двигателя второго рода. Имеется несколько различных, но в то же время эквивалентных формулировок этого закона.

1 — Постулат Клаузиуса. Процесс, при котором не происходит других изменений, кроме передачи теплоты от горячего тела к холодному, является необратимым, то есть теплота не может перейти от холодного тела к горячему без каких-либо других изменений в системе. Это явление называют рассеиванием или диссипацией энергии.

Приведем второе начало термодинамики в аксиоматической формулировке Рудольфа Юлиуса Клаузиуса (1865): Для любой квазиравновесной термодинамической системы существует однозначная функция термодинамического состояния

,

называемая энтропией, такая, что ее полный дифференциал .

2 — Постулат Кельвина. Процесс, при котором работа переходит в теплоту без каких-либо других изменений в системе, является необратимым, то есть невозможно превратить в работу всю теплоту, взятую от источника с однородной температурой, не проводя других изменений в системе.

№35. Энтропия.

Энтропи́я (от др.-греч. ἐντροπία - поворот, превращение) — в естественных науках мера беспорядка системы, состоящей из многих элементов. В частности, в статистической физике — мера вероятности осуществления какого-либо макроскопического состояния; в теории информации — мера неопределённости какого-либо опыта (испытания), который может иметь разные исходы, а значит, и количество информации; в исторической науке, для экспликации феномена альтернативности истории (инвариантности и вариативности исторического процесса).

Понятие энтропии впервые было введено Клаузиусом в термодинамике в 1865 году для определения меры необратимого рассеивания энергии, меры отклонения реального процесса от идеального. Определённая как сумма приведённых теплот, она является функцией состояния и остаётся постоянной при обратимых процессах, тогда как в необратимых — её изменение всегда положительно. dS=dQ/T,

где — приращение энтропии; — минимальная теплота, подведенная к системе; T — абсолютная температура процесса;

№36. Цикл и теорема Карно.

Саади Карно (1796 – 1832) поставил принципиальный вопрос: из каких процессов должен состоять цикл тепловой машины, которая бы обеспечивала максимальную эффективность.

Карно рассмотрел круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.

Тепловой двигатель превращает внутреннюю энергию топлива в механическую энергию (работу). Примеры: паровой или турбинный двигатель, двигатель внутреннего сгорания, двигатель Дизеля.

Тепловой двигатель состоит из нагревателя (котел, камера сгорания), холодильника (теплообменник, атмосфера) и рабочего тела (газ, пар).

В рабочем цикле (рис.6.3.2) протекают следующие процессы:

- Рабочее тело получает от нагревателя теплоту Q1 при температуре Т1.

- Рабочее тело, расширяясь, совершает работу А1.

- Для возвращения в начальное состояние, остаток теплоты Q2 рабочее тело отдает холодильнику при температуре Т2 < Т1.

- Внешние силы доводят температуру и давление рабочего тела до начальных значений, совершая над ним работу

Коэффициентом полезного действия машины Каpно называется отношение pаботы, совеpшенной за цикл, к количеству теплоты, взятой от нагpевателя, т.е.

Теоремы Карно:

1. Коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей при данных значениях температур нагревателя и холодильника, не может быть больше, чем коэффициент полезного действия машины, работающей по обратимому циклу Карно при тех же значениях температур нагревателя и холодильника.

2. Коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей по циклу Карно, не зависит от рода рабочего тела, а только от температур нагревателя и холодильника.

На изложенных соображениях основан вывод формулы Карно, которая дает максимально возможный КПД идеальной тепловой машины, работающей при заданной разности температур нагревателя и холодильника:

Следствия:

1.КПД цикла Карно не зависит от рода рабочего тела.

2.КПД определяется только разницей температур нагревателя и холодильника.

3.КПД не может быть равен 100% даже у идеальной тепловой машины, так как при этом температура холодильника должна быть, что запрещено законами квантовой механики.

4.Невозможно создать вечный двигатель второго рода, т.е. двигатель, работающий в тепловом равновесии без перепада температур.