Второне начало (закон) термодинамики

История открытия второго начала термидинамики:

  • 1796 г. Родился Лазаль Карно (Никола Сади Карно). 1824 г. Книга "Размышления о движущей силе огня и о машинах, эту силу развивающих" осталась невостребованной.
  • 1833 г. Эмиль Клапейрон. ? ?

Суть тепловой теоремы Карно: КПД тепловой машины, работающей в обратимом цикле не зависит ни от физической, ни от химической природы этой машины, а определяется только температурами нагревателя и холодильника.

Физическая природа — процессы из которы состоит цикл по которому машина работает.

Химическая природа — природа рабочего тела (газа, участвующего в обратимом цикле).

Дальнейшие рассуждения принадлежат Уильяму Томсону (лорд Кельвин):

Как V2/V1 связано с V4/V3?

Сумма приведенных теплот в цикле Карно равна нулю.

Дальнейшие рассуждения Р. Клаузиуса

Теорема Клаузиуса: работы адиабат, по которым происходит сопряжение двух циклов Карно, компенсируют друг друга (циклы превращаются в один сдвоенный).

Математическое отступление: Если интеграл по замкнутому контуру равен нулю, то существует функция от переменной итегрирования полный дифференциал которок равен подинтегральной величине.

Аналитическое выражение второго начала термодинамики для обратимых циклов:

S — энтропия (от греч. "превращение").

1865 г. Клаузиус публикует работу "О некоторых удобных формах уравнения механической теории теплоты".

Работа обратимого процесса максимальна.

Обобщенное аналитическое выражение творого начала термодинамики (для обратимых и необратимых процессов). Равенство-неравенство Клаузиуса (1865 г.):

Рассмотрим изолированную систему:

Частная формулировка второго начала термодинамики для изолированной системы: самопроизвольные процессы в изолированной системе всегда протекают в сторону возрастания её энтропии, пока энтропия не достигнет максимума, который соответствует достижению состояния равновесия (принцип возрастания энтропии).

Вечный двигатель второго рода невозможен.

Вечный двигатель второго рода — обратимо и периодически работающая машина, единственным результатом функционирования которой является превращение теплоты в работу.

1878 г. Клаузиус вводит понятие некомпенсированной теплоты.

δQe — (exterior) обычный теплообмен — внешний, теплота которой система обменивается с окружающей средой.

В результате протекания самопроизвольного процесса в системе происходит нескоменсированное превращение (нескомпенсированный теплообмен). В результате внутри системы возникает внутренняя нескомпенсированная теплота.

Для обратимого процесса:

Для самопроизвольного процесса:

Поделиться: