Условия термодинамической обратимости. Содержание и формулировки второго законе термодинамики, его физическая сущность

1.

Условия термодинамической обратимости. Содержание
и формулировки второго законе термодинамики, его
физическая сущность. Факторы интенсивности и
экстенсивности.
1

2.

1. Формулировка Р. Клаузиуса: некомпенсированный переход
теплоты от менее нагретых тел к более нагретым телам
невозможен.
2. Формулировка С. Карно: для получения работы из теплоты
необходимо иметь разность температур.
3. Формулировка В. Томсон-Кельвина: невозможно превратить
в периодически действующем двигателе в работу теплоту
какого-либо тела, не производя никакого другого действия,
кроме охлаждения этого тела.
4. Формулировка В. Освальда: осуществление
мобиле второго рода невозможно.
перпетуум
5. Формулировка Л. Больцмана: все естественные процессы
являются переходом от менее вероятных состояний к более
вероятным состояниям.
2

3.

Принцип адиабатической недостижимости означает, что практически
все реальные физические процессы происходят с теплообменом: адиабатические
процессы - это редкое исключение.
Принцип адиабатической недостижимости вытекает из положения о
невозможности создания вечного двигателя второго рода. Действительно, если
система переходит из начального состояния 1 в состояние 2, получая при
неизменяемости теплообмена ( dQ 0) некоторое положительное количество тепла
Q, а затем возвращается адиабатически из состояния 2 в первоначальное
состояние J, то в результате такого кругового процесса будет полностью
превращено в работу тепло Q, взятое от одних тел без отдачи другим.
Следствие – есть некоторая
функция, которая является функцией
состояния и зависит от теплоты –S –
энтропия.
В
любом
процессе,
происходящем в замкнутой системе,
энтропия
не
убывает.
В
математическом виде второй закон
термодинамики представлен как:
S – энтропия;
L – путь, по которому система переходит из
одного состояния в другое.
3

4.

Для термодинамической системы в квазиравновесном состоянии ее полный
дифференциал равен:
Если система обратимо переходит из состояния 1 в состояние 2, изменение энтропии
будет равно:
Подставляя значение изменения энтропии в выражения для первого начала
термодинамики получим совместное аналитическое выражение двух начал
термодинамики для обратимых процессов:
dU = TdS-δA
Для необратимых процессов можно записать неравенства:
Работа обратимого процесса всегда больше, чем того же процесса,
проводимого необратимо. Если рассматривать изолированную систему (dQ = 0),
то легко показать, что для обратимого процесса dS = 0, а для
самопроизвольного необратимого процесса dS > 0.
В изолированных системах самопроизвольно могут протекать только
процессы, сопровождающиеся увеличением энтропии.
4

5.

Изменение энтропии в различных процессах
1. изохорный процесс
2. изобарный процесс
3. изотермический процесс
4. адиабатный обратимый процесс
5. политропный процесс
5

6.

Изменение энтропии идеального газа:
Нетрудно представить (выразить) изменение энтропии газа через другие основные
параметры состояния:
значения параметров в начале процесса.
значения параметров в конце процесса.
6

7.

Факторы интенсивности и экстенсивности
В ходе термодинамического процесса не только величина работы, но и величина
других форм энергии могут рассматриваться как произведение двух величин фактора интенсивности (“обобщённая сила”) и фактора экстенсивности или
ёмкости (“обобщенная координата”).
Экстенсивные (значения которых зависят от количества вещества, например,
объём и масса)
Интенсивные (значения которых не зависят от количества вещества,
например, температура, давление, плотность, концентрация).
Т и P в термодинамике называют факторами интенсивности.
S и U — факторы экстенсивности.
Интенсивные факторы не зависят от массы тела, которому передается энергия, в
отличие от экстенсивных факторов, связанных с массой.
7