II закон термодинамики

I закон термодинамики не исключает возможности использования энергии окружающей среды для построения вечного двигателя.

Двигатель, способный осуществлять работу за счет энергии окружающей среды без разности температур (рабочего тела и окружающей среды), получил название вечного двигателя II рода.

Существует много формулировок (постулатов) II закона термодинамики:

Постулат Оствальда: невозможно построить вечный двигатель II рода;

Постулат Клаузиуса: никакая совокупность процессов не может привести к самопроизвольному переходу теплоты от холодного тела к горячему, тогда как самопроизвольный переход теплоты от горячего тела к холодному может быть единственным результатом процесса;

Процессы, протекающие в природе сами собой, называют самопроизвольными или естественными. Процессы, которые требуют для своего протекания затрат энергии, называют несамопроизвольными.

Постулат Томсона: никакая совокупность процессов не может привести к полному превращению теплоты в работу, тогда как превращение работы в теплоту может быть единственным результатом процесса.

В отличие от I закона термодинамики, который применим к любым процессам в равной мере, II закон термодинамики имеет различное выражение по отношению к обратимым и необратимым процессам.

Обратимым называют такой термодинамический процесс, при осуществлении которого в обратном направлении повторяются все промежуточные стадии и, при этом, в системе и среде не происходит никаких изменений.

Необратимым называют процесс, при осуществлении которого в обратном направлении не повторяется, по крайней мере, одна из промежуточных стадий.

Таким образом, II закон термодинамики решает вопрос о направлении протекания самопроизвольного процесса в различных термодинамических системах.

Все реальные самопроизвольно протекающие процессы являются необратимыми, но их можно рассматривать как сколь угодно близко подходящими к обратимым. Наилучшей моделью обратимого процесса может служить бесконечно медленно протекающий равновесный процесс.

Пример. Предположим, имеется цилиндр с поршнем, под днищем которого находится газ с давлением , внешнее давление .

Пусть (т.е. газ под днищем поршня сжат) и газ находится под поршнем под действием нагрузки (то есть состояние равновесное).

Если убрать нагрузку, то будет происходить расширение газа под действием собственного давления, пока . Процесс расширения можно произвести:

1. необратимо, если нагрузку убрать мгновенно и

2. обратимо, убирая нагрузку бесконечно медленно.

1. работа необратимого процесса:

где – увеличение объема, которое произошло в результате расширения газа.

2. убирая нагрузку бесконечно медленно, можно приближено считать, что в любой момент система находится в состоянии равновесия. Реально это невозможно. В результате получим для работы обратимого процесса: