5. Приведенная теплота и энергия

Любые виды энергии могут превращаться в тепловую, причем самопроизвольно, но теплота в работу может превращаться только с помощью специальных тепловых машин, причем неизбежны тепловые потери. Чем выше температура теплоносителя, тем легче и с меньшими потерями идет процесс превращения тепла в работу. Для характеристики этого свойства используется понятие приведенной теплоты:

Где Q_пр– приведенная теплота, (Дж/K);

Q– тепловая энергия процесса, (Дж);

Т – термодинамическая температура, (K).

При этом имеет важное значение не абсолютное значение приведенной теплоты, а ее изменение.

Изменение приведенной теплоты на элементарном участке процесса называется приращение энтропии или просто энтропия:

,

где S – приращение энтропии (или энтропия)

^{или: .}

Такие представления дают возможность характеризовать сам процесс и его направленность.

6. Второе начало термодинамики

Круговым процессом или циклом называется процесс, в результате которого система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное состояние.

Если в результате цикла совершается некоторая работа, то система, периодически повторяющая такой цикл, называется тепловой машиной.

Идеальная тепловая машина(цикл Карно) состоит из газа(рабочее тело), заключенного в цилиндр под поршнем, нагревателя и охладителя (холодильника). Система совершает обратимые циклы, состоящие из двух изотермических и двух адиабатических.

_{КПД цикла Карно:  = = .}

Здесь Т₁– температура нагревателя, Т₂ – температура холодильника (охладителя) Q₁ – количество теплоты, полученное от нагревателя, Q₂ – количество теплоты переданное холодильнику (охладителю).

Тепловые машины находят применение в сельском хозяйстве: танки для охлаждения молока, холодильные камеры, камеры хранения мясных туш и пр.

Из уравнений Карно следует: ,

^или

^{Поэтому:}

Таким образом, разность приведенныхтеплот равна нулю, то есть S=0. Это для идеальных обратимых процессов.

В реальных процессах S ≥ 0 , (так как есть потери).

Таким образом, все реальные процессы изменения состояния в изолированной системе идут с увеличением энтропии: S ≥ 0.

Формулировки второго начала термодинамики.

1. Невозможен процесс, единственным результатом которого является превращение всей теплоты, полученной от нагревателя в работу.

2. Вечный двигатель второго рода невозможен (Гипотетический механизм, превращающий всю теплоту в работу).

3. Невозможен процесс, при котором теплотасамопроизвольно переходила бы от менее нагретого к более нагретым системам.

4. Энтропия замкнутой системы не убывает:S ≥ 0.

Энтропия(S) есть мера необратимого рассеяния энергии, она представляет собой функцию состояния термодинамической системы.

В изотермическом процессе изменение энтропии равно отношению сообщенного системе количества теплоты Q к температуреТ:

S =Q/Т.

Для обратимых процессов в изолированной системе энтропия остается постоянной, а для необратимых – возрастает, т.е.S ≥ 0. Это неравенство Клаузиуса называют законом неубывания энтропии.

5. Все естественные процессы в изолированной термодинамической системе протекают так, что система переход из состояний менее вероятных к состояниям более вероятным (по Больцману).