10.7 Второе начало термодинамики
Первое начало термодинамики, выражая закон сохранения и превращения энергии, не позволяет установить направление протекания термодинамических процессов. Оно не исключает возможности такого процесса, единственным результатом которого было бы превращение теплоты, полученной от некоторого тела, в эквивалентную ей работу. Например, первое начало допускает построение периодически действующего двигателя, совершающего работу за счет охлаждения одного источника теплоты (например, за счет внутренней энергии океанов). Такой двигатель называется вечным двигателем второго рода. Обобщение огромного экспериментального материала привело к выводу о невозможности построения вечного двигателя второго рода и получило название второго закона (второго начала) термодинамики.
Существует несколько эквивалентных друг другу формулировок второго закона термодинамики. Ограничимся следующими двумя:
нельзя создать периодически действующую машину, которая бы всё тепло переводила в работу
;
(10.15)
теплота самопроизвольно переходит от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой
.
(10.18)
Первая
формула содержит обе формулировки.
Действительно, если
(машина не отдаёт тепло холодильнику),
то
,
следовательно, Т2
= 0, но абсолютный нуль не достижим.
Если
(первое тело всё полученное тепло отдаёт
второму), то
,
следовательно,
и
.
Второй закон термодинамики не является всеобъемлющим и универсальным законом, как первый. Первое начало термодинамики – это частный случай закона сохранения энергии, применённый к тепловым процессам, поэтому он выполняется для всех систем и процессов без исключения. Второй закон может быть применён только к изолированным системам конечных размеров.
Литература:
Осн. 1 [337-366], 2 [125-141], 3 [165-181].
Доп. 12 [96-103].
Контрольные вопросы:
1. Чем отличаются обратимые и необратимые процессы? Почему все реальные процессы необратимы?
2.
Представьте графически цикл Карно на
диаграмме.
3. Как изменяется энтропия замкнутой системы, незамкнутой системы?
Лекция 11. Реальные газы и пары. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса.
Понятие об идеальном газе, являясь удобной абстракцией, дало возможность построить молекулярно-кинетическую теорию, рассмотреть явления переноса, вопросы вычисления теплоемкостей и др. В определенных рамках выводы этой теории хорошо подтверждаются экспериментально.
При невысоких давлениях и температурах разреженные газы по своим свойствам хорошо приближаются к идеальному. При больших давлениях возникает значительное сжатие газа, и суммарный объём молекул становится сравнимым с объёмом, занимаемым газом. Кроме того, сближение молекул при сжатии газа приводит к заметному проявлению сил межмолекулярного взаимодействия.
11 Уравнение Ван-дер-Ваальса
В уравнении, описывающем состояние реального газа, должны быть учтены объём молекул и силы межмолекулярного взаимодействия. Поэтому голландским физиком Ван-дер-Ваальсом были внесены две поправки в уравнение состояния идеального газа. Рассмотрим их.