1. Второе начало как эмпирический закон для тепловых

процессов. Постулат Клаузиуса.

2. Обратимые и необратимые процессы.

3. Обратимая машина Карно и ее коэффициент полезного действия.

4. Теоремы Карно

3.1. Постулат Клаузиуса. Второе начало как эмпирический закон для тепловых процессов

Второй закон термодинамики может быть представлен как обобще­ние простейших фактов, как некоторый эмпирический закон, выводимый непосредственно из опыта. Его простейшая формулировка основана на опытном положении, называемом постулатом Клаузиуса: теплота не может сама собой переходить от холодного тела к нагретому.

Этот постулат кажется вполне очевидным, так как мы никогда не наблюдали, чтобы теплота самостоятельно переходила от холодного тела к горячему. Повседневный опыт показывает, что всегда сам собой идет переход теплоты от горячего тела к холодному. Такое явление называется теплопередачей или теплообменом. В простейшем случае контакта неподвижных тел разной температуры этот процесс называют теплопроводностью

В постулате Клаузиуса существенное значение имеет выражение «само собой», и на разъяснении его необходимо специально остановиться, так как отсюда вытекает принципиальное значение постулата. С подобным выражением мы встречались ранее, рассматривая примеры необратимых процессов. Мы подчеркивали, что в явлении теплопроводности теплота сама собой переходит от нагретого тела к холодному, работа при наличии трения сама собой переходит в теплоту, при диффузии процесс идет сам собой в направлении падения концентрации и, наконец, газ сам собой расширяется в пустоту. Во всех этих при­мерах термин «сам собой» означает, что процесс идет в системе без участия каких-то дополнительных процессов, или, как говорит Клаузиус, без компенсации. Иными словами, процессы в изолированной системе, протекающие сами собой, не требуют компенсации в виде дополнительных процессов и могут быть единичными. Таким образом, под выражением «сам собой» мы должны подразумевать единичность процесса в системе. Следовательно, постулат Клаузиуса утверждает, что процесс перехода теплоты от холодного тела к нагретому не может быть единственным процессом в изолированной системе, а вместе с ним должны осуществляться другие процессы. Мы хорошо знаем, что можно за счет охлаждения какого-либо тела получить при передаче от него теплоты нагревание другого. К этому сводится в общем работа холодильных машин. Этот переход тепла осуществляется не в единичном процессе, а в сложной цепи процессов, тогда как переход теплоты от нагретого тела к холодному протекает легко и может быть единичным: стоит только привести в соприкосновение оба тела.

Обобщая далее известные факты, Клаузиус вводит деление всех процессов на положительные и отрицательные. Положительными процессами являются те, которые могут протекать сами собой в изолированной системе, тогда как отрицательные не могут осуществляться в единичном числе и не могут течь сами собой. Примерами положительных процессов являются:

1) переход теплоты от нагретого тела к холодному;

2) превращение работы в теплоту.

Примерами отрицательных процессов служат:

1. переход теплоты от холодного тела к нагретому;

2. превращение теплоты в работу.

Принимая указанное разделение процессов, мы получаем первую и простейшую формулировку второго начала по Клаузнусу: положительные процессы в изолированной системе протекают сами собой, т. е. могут быть единичными. Отрицательные процессы в такой системе могут происходить только, когда они сопровождаются положительными процессами, которые компенсируют собой отрицательные процессы.

Иначе, всякий отрицательный процесс в изолированной системе возможен только в том случае, если он компенсируется положительным процессом. Без компенсации отрицательные процессы в системе течь не могут.