Второй закон термодинамики определение

Второй закон термодинамики

Рост энтропии в замкнутой системе при необратимых процессах — это переход термодинамической системы из состояний с меньшей вероятностью в состояния с большей вероятностью. Известная формула Больцмана дает статистическое толкование второго закона термодинамики:

Второй закон термодинамики

Этот принцип стоит понимать даже более широко, чем в трактовке Рудольфа Клаузиуса. Возьмем, к примеру, превращение работы в теплоту. Оно может быть произведено силой трения. При этом работа переводится в теплоту полностью, без всяческих дополнительных усилий и компенсаций. Обратное превращение само по себе невозможно. Переведение полученного тепла в работу – это уже искусственный процесс, то есть требующий специальных, искусственно организованных условий.

Школьная Энциклопедия

Первая стадия А→Б изотермическая. Она проходит при одинаковой температуре нагревателя и рабочего тела Т_Н. Во время контакта количество теплоты Q _H передаётся от нагревателя рабочему телу (газу в цилиндре). Газ изотермически расширяется и совершает механическую работу.

Второй закон термодинамики

Математически необратимость механических процессов выражается в том, что уравнение движения макроскопических тел изменяется с изменением знака времени: они не инвариантны при замене t на —t. При этом ускорение и силы, зависящие от расстояний, не изменяют свои знаки. Знак при замене t на —t меняется у скорости . Соответственно знак меняет сила, зависящая от скорости, — сила трения. Именно поэтому при совершении работы силами трения кинетическая энергия тела необратимо переходит во внутреннюю.

Второй закон термодинамики

Само понятие энтропии впервые было сформулировано устами Клаузиса. Оно применялось для определения меры необратимого процесса рассеивания энергии. Это была своего рода разница отклонения реального процесса от идеального. Энтропия в замкнутых системах, где любые процессы происходят циклично, имеет постоянную величину. Если же процесс необратимый (что непосредственно касается термодинамики), то энтропия всегда имеет положительное значение. Также стоит выделить, что мера хаоса порождается абсолютно всеми процессами, которые происходят во Вселенной. При постоянных показателях объема и энергии какого-либо тела или резервуара энтропия постоянно возрастает. Если данные показатели периодически меняются, то мера хаоса может уменьшиться за счет производимой работы, но ее полное уничтожение невозможно. При этом стоит отметить, что энтропия Вселенной не уменьшается. Она остается либо в норме, либо безвозвратно увеличивается.

Второй закон термодинамики определение

а) при расширении. Площадь а12в под процессом расширения означает работу l _обр, совершаемую рабочим телом и одновременно работу сил внешней среды, сопротивляющихся расширению рабочего тела. Это соответствует условию бесконечно медленного протекания обратимого процесса при равенстве сил, действующих на внутреннюю и наружную поверхности поршня. Работа, совершаемая рабочим телом, при этом полностью передается внешней среде (рис. 5.11.).

Второй закон термодинамики

• Положение 1 — Положение 2: Изотермическое расширение
  • Изотермическое расширение. В начале процесса рабочее тело имеет температуру T_h , то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты Q_H. При этом объём рабочего тела увеличивается. Q_H=∫Tds=T_h (S₂-S₁) =T_h ΔS
• Положение 2 — Положение 3: Адиабатическое расширение
  • Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение. Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.
• Положение 3 — Положение 4: Изотермическое сжатие
  • Изотермическое сжатие. Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру T_c, приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты Q_c. Q_c=T_c(S₂-S₁)=T_c ΔS
• Положение 4 — Положение 1: Адиабатическое сжатие
  • Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие. Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.

Второй закон термодинамики

Следует заметить, что существование вечного двигателя второго рода не противоречит первому закону термодинамики; в самом деле, в этом двигателе работа производилась бы не из ничего, а за счет внутренней энергии, заключенной в тепловом источнике, так, что с количественно стороны процесс получения работы из теплоты в данном случае не был бы невыполнимым. Однако существование такого двигателя невозможно с точки зрения качественной стороны процесса перехода теплоты между телами.

Второй закон термодинамики

Примером неустойчивого стационарного процесса яв­ляется диффузия ионов через возбудимую мембрану при ее критической деполяризации. Деполяризация мем­браны приводит к усилению диффузии натрия, что в свою очередь еще больше изменяет мембранный потен­циал. Процесс развивается с ускорением до достижения равновесного по натрию мембранного потенциала.

Второй закон термодинамики

Представим себе, например, газ в резервуаре, помещенном в больший резервуар. Если открыть клапан меньшего резервуара, то газ через некоторое время заполнит больший резервуар таким образом, что его плотность выровняется. Согласно законам микроскопического мира, существует также и обратный процесс, когда газ из большего резервуара соберется в меньшую емкость. Но в макроскопическом мире такое никогда не реализуется.

Второй закон термодинамики определение

Разбить яйца и сделать яичницу не сложно, воссоздать же сырые яйца из готовой яичницы — невозможно. Запах из открытого флакона духов наполняет комнату — однако обратно во флакон его не соберешь. И причина такой необратимости процессов, происходящих во Вселенной, кроется во втором начале термодинамики, который, при всей его кажущейся простоте, является одним из самых трудных и часто неверно понимаемых законов классической физики.

Второй закон термодинамики

Необратимым процессом может быть назван такой процесс, обратный которому может протекать только как одно из звеньев более сложного процесса. Самопроизвольными называются такие процессы, которые происходят без воздействия внешних тел, а значит, без изменений в этих телах).

Второй закон термодинамики

Самопроизвольно протекающая передача энергии от одного тела к другому продолжается до тех пор, пока напряжённость энергии во взаимодействующих телах не станет одинаковой, то есть происходит выравнивание температур, электрических потенциалов и т. п. После этого наступает так называемое термодинамическое равновесие, и процесс перемещения энергии прекращается. Состояние термодинамического равновесия может сохраняться неизменным как угодно долго до тех пор, пока не изменятся внешние условия.

Main menu

Работа тепловых двигателей возможна при следующих условиях: они всегда должны работать в определенном перепаде температур от T1 до Т2 и притом циклично, то есть по принципу непрерывно повторяющихся циклов, возвращающих тело в первоначальное состояние. Чтобы осуществить замкнутый процесс, следует провести несколько прямых и обратных процессов.

Второй закон термодинамики определение

Первый закон термодинамики не может отличить обратимые процессы от необратимых. Он просто требует от термодинамического процесса определенного энергетического баланса и ничего не говорит о том, возможен такой процесс или нет. Направление самопроизвольно протекающих процессов устанавливает второй закон термодинамики. Он может быть сформулирован в виде запрета на определенные виды термодинамических процессов.