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:
