Другий закон термодинаміки (стор. 77-92)

Другий закон вивчає напрямок та гли-бину протікання термодинамічних проце-сів. Важлива задача полягає також у дос-лідженні необоротності протікання термо-динамічних процесів. Розглянемо ізольова-ну термодинамічну систему.

,

, , ; .

Так як це ізольована система, то немає теплообміну з навколишнім середовищем. Таким чином:

. (1)

Розглянемо ізольовану термодинаміч-ну систему, коли в ній протікає необорот-ний процес – під час наявності тертя, на подолання якого необхідні витрати енергії. Система ізольована, тому ззовні енергія не поступає.

Кількість енергії ізольованої системи не змінюється.

dH=0

Тоді ми беремо термодинамічну тотож-ність, що дає:

TdS=dH-Vdp;

dH=0;

.

Тертя в необоротному процесі долаєть-ся за рахунок наявної роботи, і в цьому ви-падку:

TdS>0

T>0

dS>0 (2)

Об’єднаємо перший і другий вирази:

dS≥0 (3)

Вираз (3) зображує принцип зростання ентропії і є математичним виразом другого закону термодинаміки:

Ентропія ізольованої системи залишає-ться незмінною, якщо в цій системі проті-кають оборотні процеси, і зростає, якщо в цій системі протікають необоротні процеси, але ніколи не може зменшуватись.

Цей закон дає можливість визначити напрямок і глибину протікання термоди-намічного процесу. Довільні термодинамі-чні процеси протікають в напрямку збіль-шення ентропії і збільшуються під час до-сягнення ентропією максимального значе-ння.

Процес буде протікати в напрямку під-вищення ентропії.

Теплота і робота є вектори, і знаками „+” і „-” позначається напрямок вектора. Якщо стоїть –Q, то це значить, що теплота відводиться від робочого тіла.

Якщо робота виконується робочим тілом, то L матиме знак „+”, якщо над робочим тілом – знак „-”.

Джерелом енергії називається тіло, те-мпература якого не змінюється під час від-ведення від нього теплоти, або під час під-ведення до цього тіла теплоти.

Розглядають гаряче джерело , холод-не джерело та двигун.

Треба визначити зміну ентропії систе-ми. Вона дорівнює сумі змін компонентів системи.

, бо .

Таким чином, згідно з другим законом термодинаміки, система, яка перетворює енергію хаотичного руху в роботу, повинна складатись з трьох тіл: гарячого джерела, двигуна і холодного джерела.

Постулат Клаузіуса виражає також дру-гий закон термодинаміки: теплота не мо-же передаватись від менш нагрітого тіла до більш нагрітого без витрати на то енергії. За цим принципом працюють холодильні установки.

Третє формулювання другого закону термодинаміки:

Неможливо побудувати вічний двигун другого роду: нема і не може бути такого двигуна, який би всю витрачену теплоту перетворював би в роботу.

Четверте формулювання другого зако-ну термодинаміки:

Рушійна сила системи не залежить від природи робочого тіла, а залежить виключ-но від температур гарячого і холодного джерел.