Viens no fizikas pamatlikumiem, entropijas nesamazināšanās likums izolētā sistēmā.
Pastāvīgas temperatūras sistēmai ir specifiska funkcija stāvoklis S - entropija, kas tiek definēta tā, ka
1. Adiabātiska pāreja no līdzsvara stāvokļa A uz līdzsvara stāvokli B iespējama tikai tad, ja

2. Entropijas pieaugums lēnā kvazistatiskā procesā ir vienāds ar

Kur T ir temperatūra.
Iepriekš minētais formulējums ir ļoti formāls. Ir daudz alternatīvu termodinamikas likuma formulējumu. Piemēram, Planks ierosināja šādu formulējumu:
Nav iespējams uzbūvēt mašīnu, kas darbojas ar ciklu, atdzesē siltuma avotu vai paceļ kravas, neradot to tomēr nekādu izmaiņu daba.

Konstantīns Caratheodory sniedza aksiomātiski stingru formulējumu
Netālu no 1. stāvokļa pastāv adiabātiskas pārejas no 1. stāvokļa uz 2. stāvokli.

Bolcmans formulēja otro termodinamikas likumu no statistiskās fizikas viedokļa:
Dabai ir tendence pāriet no stāvokļiem ar mazāku realizācijas varbūtību uz stāvokļiem ar lielāku realizācijas varbūtību.

Šādi formulējumi ir izplatīti.
Nav iespējams būt mūžīgam cita veida virzītājam.

Nav iespējams pārnest siltumu no auksta ķermeņa uz karstu, netērējot enerģiju.

Katrai sistēmai ir tendence pāriet no kārtības uz nekārtību.

Otrais termodinamikas likums tika formulēts 19. gadsimta vidū, laikā, kad tika veidota teorētiskā bāze siltumdzinēju projektēšanai un uzbūvei. Mayer un Joule eksperimenti noteica siltuma un mehāniskās enerģijas ekvivalenci (pirmais termodinamikas likums). Radās jautājums par siltumdzinēju efektivitāti. Eksperimentālie pētījumi ir parādījuši, ka jebkuras iekārtas darbības laikā noteikti tiek zaudēts zināms siltums.
1850. un 1860. gados Klausijs vairākās publikācijās izstrādāja entropijas jēdzienu. 1865. gadā viņš beidzot izvēlējās nosaukumu jaunajai koncepcijai. Šīs publikācijas arī pierādīja, ka siltumu nevar pilnībā pārvērst noderīgs darbs, tādējādi formulējot otro termodinamikas likumu.
Bolcmans sniedza statistisku interpretāciju otrajam termodinamikas likumam, ieviešot jaunu entropijas definīciju, kas balstījās uz mikroskopiskiem atomisma jēdzieniem.
Statistiskā fizika ievieš jaunu entropijas definīciju, kas no pirmā acu uzmetiena ļoti atšķiras no termodinamikas definīcijas. To nosaka Bolcmaņa formula:

Kur? - mikroskopisko stāvokļu skaits, kas atbilst konkrētajam makroskopiskajam stāvoklim, k B- Bolcmana konstante.
No entropijas statistiskās definīcijas ir acīmredzams, ka entropijas pieaugums atbilst pārejai uz makroskopisku stāvokli, ko raksturo augstākā vērtība mikroskopiski stāvokļi.
Ja termodinamiskās sistēmas sākotnējais stāvoklis ir nelīdzsvarots, tad laika gaitā tā pāriet uz līdzsvara stāvokli, palielinot tās entropiju. Šis process notiek tikai vienā virzienā. Reversais process – pāreja no līdzsvara stāvokļa uz sākotnējo nelīdzsvarotu stāvokli – netiek realizēts. Tas ir, laika plūsma saņem virzienu.
Fizikas likumi, kas apraksta mikroskopisko pasauli, ir nemainīgi, aizstājot t ar -t. Šis apgalvojums attiecas gan uz klasiskās mehānikas likumiem, gan uz kvantu mehānikas likumiem. Mikroskopiskajā pasaulē darbojas konservatīvie spēki, nav berzes, kas ir enerģijas izkliedēšana, t.i. citu enerģijas veidu pārvēršana siltuma kustības enerģijā, un tas savukārt ir saistīts ar nesamazinošas entropijas likumu.
Iedomājieties, piemēram, gāzi rezervuārā, kas ievietota lielākā rezervuārā. Ja atverat mazākās tvertnes vārstu, gāze pēc kāda laika piepildīs lielāko tvertni, lai tās blīvums tiktu izlīdzināts. Pēc mikroskopiskās pasaules likumiem notiek arī apgriezts process, kad gāze no lielāka rezervuāra tiek savākta mazākā traukā. Bet makroskopiskajā pasaulē tas nekad nenotiek.
Ja katras izolētās sistēmas entropija ar laiku tikai palielinās un Visums ir izolēta sistēma, tad kādreiz entropija sasniegs maksimumu, pēc kura jebkādas izmaiņas tajā kļūs neiespējamas.
Šādi apsvērumi, kas parādījās pēc termodinamikas otrā likuma izveidošanas, sauc karstuma nāve.Šī hipotēze tika plaši apspriesta 19. gadsimtā.
Katrs process pasaulē noved pie daļas enerģijas izkliedēšanas un tās pārvēršanas siltumā, izraisot lielāku nekārtību. Protams, mūsu Visums joprojām ir diezgan jauns. Kodoltermiskie procesi zvaigznēs izraisa, piemēram, vienmērīgu enerģijas plūsmu uz Zemi. Zeme ir un ilgu laiku paliks atvērta sistēma, kas saņem enerģiju no dažādiem avotiem: no Saules, no procesiem. radioaktīvā sabrukšana kodolā, t.i., atvērtajās sistēmās entropija var samazināties, kas noved pie dažādu ērtu struktūru rašanās.

Ievads_3

Termodinamikas otrā likuma vispārīgie raksturojumi un formulējums 4

Entropijas jēdziens_ 8

Secinājums_ 10

Atsauces_ 11

Ievads

Šobrīd siltumenerģijas un siltuma instalācijas ir kļuvuši plaši izplatīti dažādās nozarēs tautsaimniecība. Rūpniecības uzņēmumos tie veido galveno svarīgo tehnoloģisko iekārtu daļu.

Zinātne, kas pēta kurināmā enerģijas izmantošanas metodes, vielas stāvokļa maiņas procesu likumus, dažādu mašīnu un ierīču, enerģētikas un tehnoloģisko iekārtu darbības principus, sauc par siltumtehniku. Teorētiskie pamati Siltumtehnika ir termodinamika un siltuma pārneses teorija.

Termodinamika balstās uz pamatlikumiem (principiem), kas ir dabā notiekošo procesu novērojumu vispārinājums neatkarīgi no ķermeņu specifiskajām īpašībām. Tas izskaidro modeļu un attiecību universālumu starp fizikālie lielumi iegūts no termodinamiskajiem pētījumiem.

Pirmais termodinamikas likums raksturo un apraksta enerģijas pārveidošanas procesus no kvantitatīvās puses un sniedz visu nepieciešamo jebkuras iekārtas vai procesa enerģijas bilances sastādīšanai.

Otrais termodinamikas likums, kas ir vissvarīgākais dabas likums, nosaka virzienu, kurā notiek termodinamiskie procesi, nosaka iespējamās robežas siltuma pārvēršanai darbā cirkulāros procesos un ļauj sniegt stingru definīciju tādiem jēdzieniem kā entropija. , temperatūra utt. Šajā sakarā otrais termodinamikas likums būtiski papildina pirmo.

Par trešo termodinamikas likumu tiek pieņemts absolūtās nulles nesasniedzamības princips.

Siltuma pārneses teorija pēta siltuma pārneses modeļus no viena telpas reģiona uz citu. Siltuma pārneses procesi ir iekšējās enerģijas apmaiņas procesi starp aplūkojamās sistēmas elementiem siltuma veidā.

Termodinamikas otrā likuma vispārīgie raksturojumi un formulējums

Dabiskie procesi vienmēr ir vērsti uz to, lai sistēma sasniegtu līdzsvara stāvokli (mehānisko, termisko vai jebkuru citu). Šo parādību atspoguļo otrais termodinamikas likums, kas ir lieliska vērtība un siltumenerģijas iekārtu darbības analīzei. Saskaņā ar šo likumu, piemēram, siltums var spontāni pāriet tikai no ķermeņa ar augstāka temperatūraķermenim ar zemāku temperatūru. Lai veiktu apgriezto procesu, ir jāpatērē zināms darbs. Šajā sakarā otro termodinamikas likumu var formulēt šādi: process, kurā siltums spontāni pārietu no aukstākiem ķermeņiem uz siltākiem ķermeņiem, nav iespējams (Klausija postulāts, 1850).

Otrais termodinamikas likums nosaka arī apstākļus, kādos siltumu var pārvērst darbā tik ilgi, cik tas ir vēlams. Jebkurā atklātā termodinamiskā procesā, palielinoties apjomam, tiek veikts pozitīvs darbs:

,

kur es esmu pēdējais darbs,

v 1 un v 2 ir attiecīgi sākotnējais un galīgais īpašais tilpums;

bet izplešanās process nevar turpināties bezgalīgi, tāpēc iespēja siltumu pārvērst darbā ir ierobežota.

Nepārtraukta siltuma pārvēršana darbā tiek veikta tikai apļveida procesā vai ciklā.

Katrs ciklā iekļautais elementārs process tiek veikts, kad siltums tiek piegādāts vai noņemts dQ, ko pavada darba pabeigšana vai izdevumi, palielinājums vai samazinājums iekšējā enerģija, bet vienmēr, kad nosacījums ir izpildīts dQ= dU+ dL Un dq= du+ dl, kas parāda, ka bez siltumapgādes ( dq=0)ārējos darbus var veikt tikai sistēmas iekšējās enerģijas dēļ, un siltuma padevi termodinamiskai sistēmai nosaka termodinamiskais process. Slēgtā cikla integrācija nodrošina:

, , jo.

Šeit Q C Un L C- attiecīgi siltums, kas pārvērsts darbā ciklā, un darbs, ko veic darba šķidrums, kas ir starpība | L 1 | - |L 2| cikla elementāro procesu pozitīvie un negatīvie darbi.

Elementāro siltuma daudzumu var uzskatīt par piegādātu ( dQ>0) un novirzīts ( dQ<0) no darba šķidruma. Ciklā piegādātā siltuma summa |Q 1 | un izņemtā siltuma summa |Q 2 |. Tāpēc

L C =Q C =|Q 1 | - |Q 2 |.

Siltuma daudzuma Q 1 padeve darba šķidrumam ir iespējama ārēja avota klātbūtnē, kura temperatūra ir augstāka par darba šķidruma temperatūru. Šo siltuma avotu sauc par karstu. Siltuma daudzuma Q 2 noņemšana no darba šķidruma ir iespējama arī ārēja siltuma avota klātbūtnē, bet ar temperatūru, kas ir zemāka par darba šķidruma temperatūru. Šādu siltuma avotu sauc par aukstu. Tādējādi, lai pabeigtu ciklu, ir nepieciešami divi siltuma avoti: viens ar augstu temperatūru, otrs ar zemu. Šajā gadījumā ne visu iztērēto siltuma daudzumu Q 1 var pārvērst darbā, jo siltuma daudzums Q 2 tiek pārnests uz aukstu avotu.

Siltumdzinēja darbības apstākļi ir šādi:

Nepieciešamība pēc diviem siltuma avotiem (karstā un aukstā);

Dzinēja cikliskā darbība;

Daļas no karstā avota saņemtā siltuma daudzuma pārnešana uz aukstu, nepārvēršot to darbā.

Šajā sakarā otrajam termodinamikas likumam var dot vēl vairākus formulējumus:

- siltuma pārnešana no auksta avota uz karstu nav iespējama bez darba izmaksām;

- nav iespējams uzbūvēt periodiski strādājošu mašīnu, kas veic darbu un attiecīgi atdzesē termisko rezervuāru;

- daba tiecas pēc pārejas no mazāk ticamiem stāvokļiem uz ticamākiem.

Jāuzsver, ka otrais termodinamikas likums (tāpat kā pirmais) ir formulēts, balstoties uz pieredzi.

Visvairāk vispārējs skats Otro termodinamikas likumu var formulēt šādi: jebkurš reāls spontāns process ir neatgriezenisks. Visi pārējie otrā likuma formulējumi ir vispārīgākā formulējuma īpašie gadījumi.

V. Tomsons (lords Kelvins) 1851. gadā ierosināja šādu formulējumu: Ar nedzīva materiāla aģenta palīdzību nav iespējams iegūt mehānisku darbu no jebkuras vielas masas, atdzesējot to zem aukstākā apkārtējā objekta temperatūras.

M. Planks ierosināja formulējumu, kas bija skaidrāks nekā Tomsona: Nav iespējams uzbūvēt periodiski strādājošu mašīnu, kuras visa darbība būtu reducēta līdz noteiktas slodzes un siltuma avota dzesēšanas koncepcijai. Periodiski strādājoša mašīna ir jāsaprot kā dzinējs, kas nepārtraukti (cikliskā procesā) pārvērš siltumu darbā. Faktiski, ja būtu iespējams uzbūvēt siltumdzinēju, kas vienkārši ņemtu siltumu no kāda avota un nepārtraukti (cikliski) pārveidotu to darbā, tad tas būtu pretrunā ar nostāju, ka darbu sistēma var radīt tikai tad, ja nav līdzsvara. (jo īpaši attiecībā uz siltumdzinēju - ja sistēmā ir temperatūras starpība starp karsto un auksto avotu).

Ja nebūtu nekādu ierobežojumu, ko uzliek otrais termodinamikas likums, tas nozīmētu, ka būtu iespējams uzbūvēt siltumdzinēju tikai ar vienu siltuma avotu. Šāds dzinējs varētu darboties, dzesējot, piemēram, ūdeni okeānā. Šis process varētu turpināties, līdz visa okeāna iekšējā enerģija tika pārvērsta darbā. Siltuma dzinēju, kas darbotos šādi, trāpīgi nosauca V.F. Ostvalds otrā veida mūžīgā kustība (atšķirībā no pirmā veida mūžīgās kustības mašīnas, kas darbojas pretēji enerģijas nezūdamības likumam). Saskaņā ar iepriekš minēto Planka doto termodinamikas otrā likuma formulējumu var mainīt šādi: otrā veida mūžīgās kustības mašīnas ieviešana nav iespējama.

Jāatzīmē, ka otrā veida mūžīgās kustības mašīnas esamība nav pretrunā ar pirmo termodinamikas likumu; patiesībā šajā dzinējā darbs tiktu ražots nevis no nekā, bet gan no iekšējās enerģijas, kas atrodas siltuma avotā, lai no kvantitatīvās puses darba iegūšanas process no siltuma šajā gadījumā nebūtu neiespējams. Tomēr šāda dzinēja pastāvēšana nav iespējama no siltuma pārneses starp ķermeņiem procesa kvalitatīvās puses.

Entropijas jēdziens

Neatbilstība starp siltuma pārtapšanu darbā un darbu siltumā noved pie reālo procesu vienpusēja virziena dabā, kas atspoguļo termodinamikas otrā likuma fizisko nozīmi likumā par reālo procesu pastāvēšanu un pieaugumu. izsaukta noteikta funkcija entropija , nosakot enerģijas nolietojuma mērs.

Bieži otrais termodinamikas likums tiek pasniegts kā vienots entropijas pastāvēšanas un pieauguma princips.

Termodinamikas likumus sauc arī par tās principiem. Faktiski termodinamikas sākums ir nekas vairāk kā noteiktu postulātu kopums, kas ir attiecīgās molekulārās fizikas sadaļas pamatā. Šie noteikumi tika noteikti zinātniskās izpētes laikā. Tajā pašā laikā tie tika pierādīti eksperimentāli. Kāpēc termodinamikas likumi tiek pieņemti kā postulāti? Būtība ir tāda, ka šādā veidā termodinamiku var veidot aksiomātiskā veidā.

Termodinamikas pamatlikumi

Mazliet par strukturēšanu. Termodinamikas likumi ir sadalīti četrās grupās, no kurām katrai ir noteikta nozīme. Tātad, ko mums var pateikt termodinamikas principi?

Pirmā un otrā

Pirmais sākums jums pastāstīs, kā enerģijas nezūdamības likums attiecas uz noteiktu termodinamisko sistēmu. Otrais likums izvirza noteiktus ierobežojumus, kas attiecas uz termodinamisko procesu virzieniem. Precīzāk, tie aizliedz spontānu siltuma pārnesi no mazāk uzkarsēta ķermeņa uz vairāk apsildāmu. Otrajam termodinamikas likumam ir arī alternatīvs nosaukums: pieaugošās entropijas likums.

Trešais un ceturtais

Trešais likums apraksta entropijas uzvedību tuvu absolūtai nulles temperatūrai. Ir vēl viens sākums, pēdējais. To sauc par "termodinamikas nulles likumu". Tā nozīme ir tāda, ka jebkura slēgta sistēma nonāks termodinamiskā līdzsvara stāvoklī un vairs nevarēs pati no tā iziet. Turklāt tā sākotnējais stāvoklis var būt jebkurš.

Kāpēc ir nepieciešami termodinamikas principi?

Termodinamikas likumi tika pētīti, lai aprakstītu noteiktu sistēmu makroskopiskos parametrus. Tajā pašā laikā konkrēti priekšlikumi saistībā ar mikroskopisko ierīci netiek izvirzīti. Šo jautājumu pēta atsevišķi, bet cita zinātnes nozare - statistiskā fizika. Termodinamikas likumi ir neatkarīgi viens no otra. Ko tas varētu nozīmēt? Tas ir jāsaprot tā, ka nav iespējams atvasināt vienu termodinamikas principu no cita.

Pirmais termodinamikas likums

Kā zināms, termodinamisko sistēmu raksturo vairāki parametri, tostarp iekšējā enerģija (apzīmēta ar burtu U). Pēdējais veidojas no kinētiskās enerģijas, kas piemīt visām daļiņām. Tā var būt translācijas, kā arī svārstību un rotācijas kustības enerģija. Šajā brīdī atcerēsimies, ka enerģija var būt ne tikai kinētiska, bet arī potenciāla. Tātad ideālu gāzu gadījumā potenciālā enerģija tiek ignorēta. Tāpēc iekšējā enerģija U sastāvēs tikai no molekulārās kustības kinētiskās enerģijas un būs atkarīga no temperatūras.

Šo lielumu – iekšējo enerģiju – citiem vārdiem sauc par stāvokļa funkciju, jo to nosaka termodinamiskās sistēmas stāvoklis. Mūsu gadījumā to nosaka gāzes temperatūra. Jāatzīmē, ka iekšējā enerģija nav atkarīga no tā, kāda bija pāreja uz stāvokli. Pieņemsim, ka termodinamiskā sistēma iziet apļveida procesu (ciklu, kā to sauc molekulārā fizika). Citiem vārdiem sakot, sistēma, pametusi sākotnējo stāvokli, iziet noteiktus procesus, bet rezultātā atgriežas primārajā stāvoklī. Tad nav grūti uzminēt, ka iekšējās enerģijas izmaiņas būs vienādas ar 0.

Kā mainās iekšējā enerģija?

Ir divi veidi, kā mainīt ideālās gāzes iekšējo enerģiju. Pirmā iespēja ir veikt darbu. Otrais ir nodrošināt sistēmu ar noteiktu siltuma daudzumu. Loģiski, ka otrā metode ietver ne tikai siltuma padevi, bet arī tā noņemšanu.

Termodinamikas pirmā likuma apgalvojums

Tie var būt vairāki (formulējumi), jo katram patīk runāt savādāk. Bet patiesībā būtība paliek nemainīga. Tas ir saistīts ar faktu, ka siltuma daudzums, kas tika piegādāts termodinamiskajai sistēmai, tiek iztērēts ideālās gāzes iegūšanai mehāniskais darbs un iekšējās enerģijas izmaiņas. Ja mēs runājam par termodinamikas pirmā likuma formulu vai matemātisko apzīmējumu, tas izskatās šādi: dQ = dU + dA.

Visiem daudzumiem, kas ir daļa no formulas, var būt dažādas zīmes. Nekas neliedz viņiem būt negatīviem. Pieņemsim, ka sistēmai tiek piegādāts siltuma daudzums Q. Tad gāze uzsils. Temperatūra paaugstinās, kas nozīmē, ka palielinās arī gāzes iekšējā enerģija. Tas nozīmē, ka gan Q, gan U būs pozitīvas vērtības. Bet, ja gāzes iekšējā enerģija palielinās, tā sāk aktīvāk uzvesties un paplašināties. Tāpēc arī darbs būs pozitīvs. Var teikt, ka darbu veic pati sistēma, gāze.

Ja no sistēmas tiek ņemts noteikts siltuma daudzums, iekšējā enerģija samazinās un gāze saraujas. Šajā gadījumā mēs jau varam teikt, ka darbs tiek veikts pie sistēmas, nevis pati sistēma. Atkal pieņemsim, ka kādai termodinamiskai sistēmai notiek cikls. Šajā gadījumā (kā minēts iepriekš) iekšējās enerģijas izmaiņas būs vienādas ar 0. Tas nozīmē, ka darbs, ko veic gāze vai ar to, būs skaitliski vienāds ar siltumenerģiju, kas tiek piegādāta vai izņemta sistēmai.

Šo seku matemātisko apzīmējumu sauc par citu termodinamikas pirmā likuma formulējumu. Tas ir aptuveni šādi: "Dabā nav iespējams pastāvēt pirmā veida dzinējs, tas ir, dzinējs, kas veiktu darbu, kas pārsniedz no ārpuses saņemto siltumu."

Otrais termodinamikas likums

Nav grūti uzminēt, ka termodinamiskais līdzsvars ir raksturīgs sistēmai, kurā makroskopiskie daudzumi laika gaitā nemainās. Tas, protams, ir gāzes spiediens, tilpums un temperatūra. To nemainīguma pamatā var būt vairāki nosacījumi: siltumvadītspējas neesamība, ķīmiskās reakcijas, difūzija un citi procesi. Ja ārēju faktoru ietekmē sistēma tika izņemta no termodinamiskā līdzsvara, laika gaitā tā atgriezīsies pie tā. Bet, ja šo faktoru nav. Un tas notiks spontāni.

Mēs iesim nedaudz citu ceļu, kas atšķiras no tā, ko iesaka daudzas mācību grāmatas. Vispirms iepazīsimies ar otro termodinamikas likumu, un tikai pēc tam izdomāsim, kādi daudzumi tajā ir iekļauti un ko tie nozīmē. Tātad slēgtā sistēmā, ja tajā notiek kādi procesi, entropija nesamazinās. Otro termodinamikas likumu raksta šādi: dS >(=) 0. Šeit zīme > tiks saistīta ar neatgriezenisku procesu, bet = zīme ar atgriezenisku.

Ko termodinamikā sauc par atgriezenisku procesu? Un tas ir process, kurā sistēma atgriežas (pēc virknes procesu) sākotnējā stāvoklī. Turklāt šajā gadījumā nekādas izmaiņas nepaliek ne sistēmā, ne vidē. Citiem vārdiem sakot, atgriezenisks process ir process, kurā ir iespējams atgriezties sākotnējā stāvoklī caur starpstāvokļiem, kas ir identiski tiešajam procesam. Molekulārajā fizikā šādu procesu ir ļoti maz. Piemēram, siltuma pārnešana no vairāk uzkarsēta ķermeņa uz mazāk sakarsētu būs neatgriezeniska. Tas pats attiecas uz divu vielu difūziju, kā arī gāzes izplatīšanos pa visu tilpumu.

Entropija

Entropija, kas rodas otrajā termodinamikas likumā, ir vienāda ar siltuma izmaiņām, kas dalītas ar temperatūru. Formula: dS = dQ/T. Tam ir noteiktas īpašības.

Otrais termodinamikas likums, tāpat kā pirmais, ir postulāts, ko pamato gadsimtiem ilga cilvēka pieredze. Šī likuma atklāšanu veicināja siltumdzinēju izpēte. Franču zinātnieks S. Kārno bija pirmais, kas parādīja (1824), ka kāds siltuma dzinējs papildus siltuma avotam (sildītājam) un darba šķidrumam (tvaikam, ideāla gāze utt.), veicot termodinamisko ciklu, kā arī ledusskapi, kura temperatūra noteikti ir zemāka par sildītāja temperatūru.

Koeficients noderīga darbība η šāds siltumdzinējs darbojas atgriezeniskā ciklā ( Carnot cikls), nav atkarīgs no darba šķidruma veida, kas veic šo ciklu, bet to nosaka tikai sildītāja temperatūra T 1 un ledusskapis T 2:

Kur J 1 – siltuma daudzums, kas tiek nodots darba šķidrumam temperatūrā T 1 no sildītāja; J 2 – siltuma daudzums, ko darba šķidrums izdala temperatūrā T 2 ledusskapis.

Otrais termodinamikas likums ir Karno atvasinājuma vispārinājums patvaļīgiem termodinamiskiem procesiem, kas notiek dabā. Ir zināmi vairāki šī likuma formulējumi.

Klausijs(1850) formulēts otrais termodinamikas likums Tātad: process, kurā siltums spontāni pārietu no aukstākiem ķermeņiem uz karstākiem ķermeņiem, nav iespējams.

V. Tomsons (Kelvins)(1851) ierosināja šādu formulējumu: Nav iespējams uzbūvēt periodiski strādājošu mašīnu, kuras visa darbība tiktu samazināta līdz mehānisko darbu veikšanai un atbilstošai rezervuāra dzesēšanai.

Tomsona postulātu var formulēt šādi: otrā veida mūžīgā kustība nav iespējama. Perpetuālā kustības mašīna otrs veids ir ierīce, kas bez kompensācijas periodiski pilnībā pārvērstu ķermeņa siltumu darbā (V. Ostvalds). Zem kompensāciju izprast darba šķidruma stāvokļa maiņu vai siltuma daļas pārnešanu no darba šķidruma uz citiem ķermeņiem un šo ķermeņu termodinamiskā stāvokļa maiņu apļveida siltuma pārvēršanas darbā procesā.

Otrais termodinamikas likums nosaka, ka bez kompensācijas apļveida procesā nevienu siltuma džoulu nevar pārvērst darbā. Darbs pārvēršas siltumā pilnīgi bez jebkādas atlīdzības. Pēdējais, kā minēts iepriekš, ir saistīts ar spontānu enerģijas izkliedes (amortizācijas) procesu.

Otrais termodinamikas likums ievada sistēmas stāvokļa funkciju, kas kvantitatīvi raksturo enerģijas izkliedes procesu. Šajā ziņā iepriekš minētie otrā termodinamikas likuma formulējumi ir līdzvērtīgi, jo tie norāda uz esamību sistēmas stāvokļa funkcijas - entropija.

Šobrīd otrais termodinamikas likums ir formulēts šādi: pastāv sistēmas S stāvokļa aditīvā funkcija - entropija, kas ir saistīta ar sistēmā ienākošo siltumu un sistēmas temperatūru:

Par atgriezenisks procesiem; (3.2)

Par neatgriezeniski procesiem. (3.3)

Tādējādi atgriezenisku procesu laikā adiabātiski izolētā sistēmā tās entropija nemainās (dS = 0), un neatgriezenisku procesu laikā tas palielinās (dS > 0).

Atšķirībā no iekšējās enerģijas, izolētas sistēmas entropijas vērtība ir atkarīga no tajā notiekošo procesu rakstura: Relaksācijas laikā izolētas sistēmas entropijai vajadzētu palielināties, sasniedzot maksimālā vērtība līdzsvara stāvoklī.

Vispār Otrais termodinamikas likums izolētai sistēmai ir rakstīts šādi:

Izolētas sistēmas entropija vai nu palielinās, ja tajā notiek spontāni neatgriezeniski procesi, vai arī paliek nemainīga. Tāpēc arī otrais termodinamikas likums tiek definēts kā Nesarūkošās entropijas likums izolētās sistēmās.

Tādējādi otrais termodinamikas likums dod kritērijs spontāniem procesiem izolētā sistēmā. Šādā sistēmā spontāni var notikt tikai procesi, ko pavada entropijas palielināšanās. Spontāni procesi beidzas ar līdzsvara nodibināšanu sistēmā. Tas nozīmē, ka līdzsvara stāvoklī izolētas sistēmas entropija ir maksimāla. Saskaņā ar šo līdzsvara kritērijs izolētā sistēmā būs

Ja jūs piedalāties procesā neizolēta sistēma, Tas lai novērtētu procesa neatgriezeniskumu (spontanitāti), ir jāzina sistēmas entropijas izmaiņas dS 1 un entropijas izmaiņas vidi dS 2. Ja mēs to pieņemam sistēma un vide(tos bieži sauc par "Visumu") veido izolētu sistēmu, tad nosacījums procesa neatgriezeniskumam būs

tas ir process būs neatgriezenisks, ja kopējās sistēmas un vides entropijas izmaiņas ir lielākas par nulli.

Vide ir milzīgs rezervuārs; tā tilpums un temperatūra nemainās siltuma apmaiņas laikā ar sistēmu. Tāpēc attiecībā uz vidi mēs varam pielīdzināt δQ = dU un nav svarīgi, vai siltuma pārnešana notiek atgriezeniski vai neatgriezeniski, jo δQ arr, un δQ aptuveni vienādi dU vidi. Tādējādi vides entropijas izmaiņas vienmēr ir vienādas.

Siltuma pārneses modelis no viena objekta uz otru ir apskatīts paziņojumā par siltuma pārnesi. Viss process sastāv no iekšējas enerģijas apmaiņas starp objektiem, ko sauc par siltumu.

Pareizais process ir vērsts tikai uz līdzvērtīga stāvokļa iegūšanu, neatkarīgi no tā, vai tas ir termisks, mehānisks vai kāds cits. Šī darbība ir ietverta otrajā termodinamikas likumā, kam ir liela nozīme siltumdzinējiem. Šis likums saka, ka siltums var pārvietoties pats no objekta ar augstu temperatūru uz objektu zemākā temperatūra. Lai veiktu apgriezto ciklu, būs jāpatērē zināms darbs. No tā mēs varam iegūt secinājumu par otro termodinamikas likumu: šī darbība, kuras laikā siltums pats pārvietojas no objekta ar mazāku siltumu uz objektu ar vislielāko siltumu, nevar pastāvēt.

Piezīme: Vai vēlaties atjaunināt savas palodzes, bet nezināt, ar kuru uzņēmumu sazināties? Mēģiniet iegādāties moeller palodzi (http://hoffen.ru/podokonniki-moeller/), būsiet apmierināti ar cenu un kvalitāti!

Savulaik otrais termodinamikas likums sniedz novērtējumu, kādos apstākļos siltumu var izmantot un cik daudz to vēlas izmantot. Jebkura atvērta termodinamiskā darbība skaļuma palielināšanas laikā darbosies ar plus zīmi.

Termodinamikas otrā likuma formula

Kurā L- būs gala darbs, v1 un v2- savs sākotnējais un beigu konkrētais apjoms.
Tā kā izplešanās darbība nevar būt bezgalīga, tas attiecīgi ierobežos siltuma pārvēršanu darbā. Šī darbība būs nepārtraukta slēgtas apļveida kustības gadījumā.

Jebkura darbība, kas notiek ciklā, notiek ar siltuma dQ padevi vai noņemšanu, ko pavada darba izmaksas vai veiktspēja, enerģijas samazināšanās vai palielināšanās ķermeņa iekšienē un priekšnoteikums dQ=dU+dL, dg=du+d1 ir jāveic. Galu galā tas pierāda, ka bez siltuma (dg=0) visas darbības notiks sistēmas iekšējās enerģijas dēļ, un siltuma ievadi sistēmā var noteikt ar termodinamikas palīdzību.

Slēgtā cikla integrācija:

kurā Qt, Lt - būs siltums, kas pārvērsts darbā, L1- L2 - šī ķermeņa veiktais darbs. Q1 tiek piegādāts siltums, Q2 tiek noņemts siltums. Tas nozīmē, ka Lts = Qts = Q1-Q2
Siltumu var piegādāt ķermenim Q1 tikai karstāka ķermeņa klātbūtnē, un siltumu var noņemt no Q2 tikai aukstāka ķermeņa klātbūtnē. Ja process ir ciklisks, jums būs nepieciešami divi avoti ar atšķirīgu temperatūru.