Второе начало термодинамики. Первое начало термодинамики представляет собой обобщенный закон сохранения и превращения энергии

Первое начало термодинамики представляет собой обобщенный закон сохранения и превращения энергии. Вместе с тем сохранение энергии возможно лишь для обратимого процесса. Обратимый процесс – это такой процесс, который протекает медленно, так что его можно рассматривать как последовательный переход от одного равновесного состояния к другому, причем весь этот процесс можно провести в обратном направлении без изменения совершенной работы и переданного количества теплоты.

В природе такие процессы в чистом виде не наблюдаются, и второе начало термодинамики позволяет судить о том, какие процессы возможны, а какие невозможны.

Любой вид энергии может быть полностью преобразован в тепло, однако хаотичное движение молекул нельзя полностью превратить в другой вид энергии. Беспорядочное движение молекул есть естественное состояние вещества, и, следовательно, тепло, воспринятое им, не может быть полностью преобразовано в механическую работу. Механическая энергия является упорядоченной формой энергии, в то время как внутренняя энергия – разупорядоченной. Эти положения и составляют второе начало термодинамики.

Периодический процесс, единственным результатом которого было бы преобразование отобранной у источника теплоты Q в эквивалентную работу А=(А=Q), невозможен.

Все естественные (необратимые) термодинамические процессы протекают в направлении возрастания энтропии.

Таким образом, свободной энергией, т.е. энергией, которая может быть преобразована в механическую работу, является только некоторая часть полной энергии. Второе начало термодинамики подразделяет все процессы на наблюдаемые в природе и ненаблюдаемые. В любом естественном (необратимом) процессе некоторое количество энергии становится недоступным для получения с его помощью полезной работы. С течением времени энергия изменяется, переходя из более упорядоченной формы в менее упорядоченные.

Цикл Карно и КПД тепловой машины

Рассмотрим теперь круговой процесс, при котором тепло, отнятое у системы, можно превратить в работу так, чтобы полученная работа была максимальной. Для этого рассчитываем коэффициент полезного действия некоторой идеальной в отношении цикла работы (цикла Карно) тепловой машины (рис.2.5.1.)