5 Второе начало термодинамики. Циклы. Кпд циклов

Второе начало термодинамики

1) По Кельвину: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу.

2) По Клаузиусу: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому.

Энтропия

Энтропия – это функция состояния термодинамической системы, изменение которой в случае обратимого процесса равна приведенной теплоте.

– изменение энтропии при обратимом процессе.

Статистическое толкование энтропии (формула Больцмана)

,

где k – постоянная Больцмана,

W – термодинамическая вероятность, равная числу микросостояний, соответствующих данному макросостоянию термодинамической системы.

Изменение энтропии при любых термодинамических процессах

Рисунок 16

Таблица 2

0 – 1 Изотермическое расширение газа 0 – 1/ Изотермическое сжатие газа	dT = 0 dT = 0	dS > 0 dS < 0
0 – 2 Адиабатическое сжатие 0 – 2/ Адиабатическое расширение	dT > 0 dT < 0	dS = 0 dS = 0
0 – 3 Изохорическое нагревание 0 – 3/ Изохорическое охлаждение	dT > 0 dT < 0	dS > 0 dS < 0
0 – 4 Изобарическое расширение 0 – 4/ Изобарическое сжатие	dT > 0 dT < 0	dS > 0 dS < 0

Второе начало термодинамики может быть сформулировано как закон возрастания энтропии: любой необратимый процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает .

Второе начало термодинамики определяет направление протекания термодинамических процессов, указывая, какие процессы в природе возможны, а какие – нет.

Теорема Нернста (Третье начало термодинамики).

Энтропия любой термодинамической системы стремится к нулю при стремлении к нулю ее температуры

.

Круговой процесс (цикл)

Круговой процесс (цикл) - процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное.

Рисунок 17	Прямой цикл (принцип работы тепловой машины), работа цикла А>0, численно равна площади 1а2b1.
Рисунок 18	Обратный цикл (принцип работы холодильной машины), работа цикла А<0.

Коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины в общем случае

,

где – количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя;

– количество теплоты, переданное рабочим телом охладителю.

– холодильный коэффициент холодильной машины,

где – теплота, отведенная от охлаждаемого тела;

– работа, затраченная в цикле.

Цикл Карно

Цикл Карно - наиболее экономичный круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.

Рисунок 19

Прямой цикл 1–2 – изотермическое расширение при температуре (нагревателя); 2–3 – адиабатическое расширение; 3–4 – изотермическое сжатие при температуре (охладителя); 4–1 – адиабатическое сжатие.

Коэффициент полезного действия идеальной машины Карно

.

Рисунок 20

Обратный цикл Qотв = Q2, = - A = Q1 - Q2 .

– холодильный коэффициент обратного цикла Карно.