Формулировки 2-го закона термодинамики.

1. Теплота не может сама собой переходить от холодного тела к горячему.( Клаузиус)

2. Теплоту какого-либо тела невозможно превратить в работу, не производя никакого другого действия. кроме охлаждения этого тела ( В.Томпсон)

3 Невозможно создать вечный двигатель 2-ого рода - периодически действующую машину, которая бы переводила в работу теплоту, взятую у источника, т.е. не нуждалась бы в охладителе более низкой температуры, чем источник теплоты.( Оствальд)

1-ая формулировка содержит утверждение о том, что реальные неравновесные процессы могут протекать только в сторону возрастания энтропии. Для перевода теплоты от холодного тела к горячему необходимо осуществить цикл с затратой работы.

2-ая и 3-я формулировки говорят о том, что перевести теплоту в работу полностью невозможно.

Естественные процессы направлены на достижение системой равновесного состояния. Это явление отражено 2-ым законом термодинамики. В соответствии с этим законом, например, теплота может самопроизвольно переходить только от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой. Для осуществления обратного процесса должна быть затрачена определенная работа.

2-ой закон определяет также условия, при которых теплота может как угодно долго преобразовываться в работу. В любом разомкнутом термодинамическом процессе при увеличении объема совершается положительная работа pdv, но процесс расширения не может продолжаться бесконечно, и, следовательно, возможность преобразования теплоты в работу ограничена.

2-ой закон т/динамики определяет одностороннюю направленность самопроизвольных необратимых процессов и односторонние необратимые превращения энергии, которые их (процессы) сопровождают.

В процессе необратимого взаимодействия (энергообмена) качество энергии ухудшается, т.е. снижается ее работоспособность. При неизменном количестве качество энергии совокупности взаимодействующих тел может снизиться до уровня, при котором будет утрачена возможность преобразования ее в работу.

Круговой термодинамический процесс.

Произвольный круговой процесс. Прямой и обратный циклы Карно (циклы теплового двигателя и холодильной машины).

Произвольный круговой процесс

Каждый элементарный процесс, входящий в цикл, осуществляется при подводе(dS>0) или отводе ( dS<0) теплоты dQ, сопровождается совершением(dv>0) или затратой(dv<0) работы dl, увеличением(при dT>0) или уменьшением(при dT<0) внутренней энергии, но всегда при выполнении условия

dq = dU + dl = dU + pdV (1)

dQ = dU + dL , (2)

интегрируем для замкнутого цикла и получаем:

Q_ц = L_ц, т.к. ΔU=0, (3)

Q - превращается в цикле в работу L

L - работа, совершаемая рабочим телом, представляет собой разность положительных и отрицательных работ цикла

L= L₁-L₂ ( 4)

L₁ положительная работа, характеризуется площадью под линией процесса авс «+»;

L₂- отрицательная работа, характеризуется площадью под линией процесса cda «».

Следовательно, работа цикла определяется площадью, занимаемой циклом авcda.

Т.к. L= Q, то Q₁ – Q₂ = L₁  L₂ ( 5)

Подвод количества теплоты Q₁ к рабочему телу возможен при наличии внешнего источника с температурой выше температуры рабочего тела. Такой источник теплоты называется горячим.

Отвод тепла в количестве Q₂ от рабочего тела возможен при наличии внешнего источника, но с температурой более низкой, чем температура рабочего тела. Этот источник теплоты называется холодным.

Таким образом, для совершения цикла авcd необходимо иметь 2 источника тепла: с высокой температурой Т₁ и низкой Т₂. При этом не все затраченное количество теплоты

Q₁ может быть преобразовано в работу, т.к. количество теплоты Q₂ передается холодному источнику.

Если цикл осуществляется по часовой стрелке, его называют прямым – авcda – это цикл теплового двигателя. В этом цикле работа положительна, т.е. совершается самим рабочим телом ( L_расш.> L_сж. ).

Если цикл осуществляется против часовой стрелки, его называют обратным – аdсвa – это цикл холодильной машины и теплового насоса. Работа отрицательна, т.е. подводится извне ( L_сж> L_расш.).