§ 40. Кпд кругового процесса

В результате кругового процесса система возвращается в исходное состояние, следовательно, полное изменение внутренней энергии равно нулю. Поэтому,т.е. работа, совершаемая за цикл, равна количеству полученной извне теплоты. Если в ходе кругового процесса система не только получает количество теплоты, но и теряет (отдает) количество теплоты, то.

Термический коэффициент полезного действия для кругового процесса – это величина, равная отношению работы, совершенной системой, к количеству теплоты, полученному в этом цикле системой:

. (40.1)

§ 41. Энтропия

«Энтропия» в переводе с греческого означает поворот, превращение. Это понятие введено в термодинамику немецким ученым Р. Клаузиусом как мера необратимого рассеяния энергии.

Количество теплоты , которое должно быть доставлено системе или отнято у неё при переходе от одного состояния в другое, не определяется однозначно начальным и конечным состояниями, но существенно зависит от способа осуществления этого перехода .

Однако, приведенное количество теплоты – отношение теплоты к температуре Т системы при бесконечно малых изменениях состояния системы – есть функция состояния системы.

В любом обратимом круговом процессе . Следовательно, подынтегральное выражение есть полный дифференциал некоторой функции, которая определяется только начальным и конечным состояниями системы и не зависит от пути, каким система пришла в это состояние.

Энтропией Sназывается функция состояния системы, дифференциалом которой является :

. (41.1)

Таким образом, первое начало термодинамики можно записать в виде

, откуда

Функция является функцией состояния системы и называется энергией Гельмгольца или свободной энергией.

Изменение энтропии.

В замкнутой системе для обратимых процессов ; для необратимых процессов.

Энтропия замкнутой системы может либо возрастать (в случае необратимых процессов) либо оставаться постоянной (в случае обратимых процессов):

- неравенство Клаузиуса.

Поскольку иимеют один и тот же знак, то по характеру изменения энтропии можно судить о направлении процесса теплообмена.

При нагревании тела и его энтропия возрастает, при охлаждениии энтропия убывает.

Принцип возрастания энтропии:Все процессы в замкнутой системе ведут к увеличению её энтропии. В замкнутой системе идут в направлении от менее вероятных состояний к более вероятным, до тех пор, пока вероятность состояния не станет максимальной. В состоянии равновесия – наиболее вероятного состояния системы- число микросостояний максимально, при этом максимальна и энтропия.

§ 42. Второе начало термодинамики

Выражая всеобщий закон сохранения и превращения энергии, первое начало термодинамики не позволяет определить направление протекания процесса. В самом деле, процесс самопроизвольной передачи энергии в форме теплоты от холодного тела к горячему, ни в какой мере не противоречит первому закону термодинамики. Однако при опускании раскаленного куска железа в холодную воду никогда не наблюдается явление дальнейшего нагревания железа за счет соответствующего охлаждения воды. Далее, первое начало не исключает возможности такого процесса, единственным результатом которого было бы превращение теплоты, полученной от нагревателя в эквивалентную ей работу. Так, например, основываясь на первом начале можно было бы попытаться построить периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет одного источника тепла (например, за счет внутренней энергии океана). Такой двигатель называется вечным двигателем второго рода. Обобщение огромного экспериментального материала привело к выводу о невозможности построения вечного двигателя второго рода. Этот вывод получил название второго начала термодинамики.

Существует ряд различных по форме, одинаковых по существу формулировок второго начала:

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

2. Формулировка Клаузиуса: теплота сама собой не может переходить от менее нагретого тела к более нагретому.