2. Второй закон термодинамики в различных формулировках. Энтропия. Термодинамическая вероятность.

Второй закон термодинамики.

Невозможен процесс результатом которого является превращение всей теплоты полученной от нагревателя в эквивалентную механическую работу. Другими словами этот закон эквивалентен утверждению о невозможности вечного двигателя 2-го рода.

Схема вечного двигателя 2 рода:

Следствие:

1)2-й закон Термодинамики запрещает использовать энергию системы находящейся в термодинамическом равновесии.

2)Для преобразования тепловой энергии должны быть две системы находящееся при разных температурах. Невозможно преобразование всей энергии теплового, хаотического движения в упорядоченную энергию мех. движения. Возможно лишь частичное преобразование внутренней энергии и только при наличии двух систем не находящихся в тепловом равновесии. Другая часть энергии передается холодильнику. Преобразование внутренней энергии теплового хаотического движения в мех. работу в термодинамике характеризуется двумя величинами, которые наряду с внутренней энергией являются функциями состояний системы. Это: F-свобод. энергия. S–энтропия. Все 3 функции состояния связаны соотношением

U=F+TS

Свободная энергия та часть внутренней энергии, которая может быть преобразована в механическую энергию.

(TS) - связанная энергия – это та часть, которая не может быть преобразована в механическую энергию.

Энтропия – является функцией состояния. Ее изменение связано с получением и отдачей теплоты. Элементарное изменение энтропии при заданной температуре определяется соотношением.

Поскольку энтропия является функцией состояния

Можно показать, что любой процесс приводит к возрастанию энтропии S>=0. Если термодинамическая система не является замкнутой т.е. имеется внешнее воздействие, то энтропия может и убывать. Найдем изменение энтропии в процессах связанных с идеальным газом.

При

При

При

Энтропия системы тел равна сумме энтропий каждого из них.

Пример: Найти

- при плавлении и испарении;

Физический смысл энтропии был раскрыт Больцманом, который связал энтропию с термодинамической вероятностью w,

, гдеw - это число способов, которыми может быть реализовано данное состояние термодинамической системой.

Пример: спичечный коробок 1.(Спички в коробке)

Основным законом является закон возрастания энтропии. Энтропия при этом выступает как мера упорядоченности системы. (Чем меньше энтропия, тем больше порядок) Возрастание энтропии приводит к разупорядочиванию любой системы.

Пример: спичечный коробок 2.(Коробок спичек высыпали на стол)

Следствие: все самопроизвольные процессы в природе происходят таким образом, что энтропия возрастает. Происходят процессы от упорядочивания к беспорядку. Тем не менее возможны процессы, когда энтропия уменьшается. Однако при этом необходимо совершить работу. Т.е. такой процесс требует затрат энергии.

Пример: спичечный коробок 3.(Спички собрали в коробок)

Билет53

1. Вынужденные колебания в случае гармонического внешнего воздействия (дифференциальное уравнение колебаний, его решение и анализ). Резонанс и резонансные кривые.

Вынужденные колебания происходят под действием вынуждающей силы.

F(t)=F₀cosωt 2-й закон Ньютона:

Они происходят с частотой ω вынуждающей силы. -амплитуда вынуждающих колебаний.

При , амплитуда достигает максимального значения. На рисункеβ₂>β₁

Явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты вынужденной силы с соответственной частотой колебаний системы называется резонансом. Амплитуда колебаний при резонансе зависит от затухания, чем оно больше, тем меньше амплитуда. При нулевом затухании амплитуда колебаний при резонансе достигает бесконечно большой величины.

вынужденные колебания.