Зміна ентропії ізольованої кінцевої системи при оборотних на необоротних процесах. Математичний вираз другого закону термодинаміки. Принцип зростання ентропії.
Другий закон вивчає напрямок та глибину протікання термодинамічних процесів. Важлива задача полягає також у дослідженні необоротності протікання термодинамічних процесів. Розглянемо ізольовану термодинамічну систему.
, , , ; .
Так як це ізольована система, то немає теплообміну з навколишнім середовищем. Таким чином:
. (1)
Розглянемо ізольовану термодинамічну систему, коли в ній протікає необоротний процес – під час наявності тертя, на подолання якого необхідні витрати енергії. Система ізольована, тому ззовні енергія не поступає.
Кількість енергії ізольованої системи не змінюється. dH=0
Тоді ми беремо термодинамічну тотожність, що дає: TdS=dH-Vdp; dH=0; .
Тертя в необоротному процесі долається за рахунок наявної роботи, і в цьому випадку:
TdS>0 T>0 dS>0 (2)
Об’єднаємо перший і другий вирази:
dS≥0 (3)
Вираз (3) зображує принцип зростання ентропії і є математичним виразом другого закону термодинаміки: Ентропія ізольованої системи залишається незмінною, якщо в цій системі протікають оборотні процеси, і зростає, якщо в цій системі протікають необоротні процеси, але ніколи не може зменшуватись.
Цей закон дає можливість визначити напрямок і глибину протікання термодинамічного процесу. Довільні термодинамічні процеси протікають в напрямку збільшення ентропії і збільшуються під час досягнення ентропією максимального значення.
Ексергія теплоти та фізичний зміст ентропії. Рівняння Гюі-Стодоли. Визначення зміни ексергії в основних термодинамічних процесах. Ексергетичний ккд.
Ексергією називається максимальна робота, яку виконує робоче тіло під час переходу з початкового стану до кінцевого, який являє собою стан рівноваги з навколишнім середовищем. Робота виконується за рахунок енергії робочого тіла. Внутрішня енергія робочого тіла складається з вільної і зв’язаної енергій. Робота виконується робочим тілом у два етапи. У першому вільна енергія під впливом теплоти переходить у зв’язану енергію, що супроводжується виконанням роботи. Робота виконується за рахунок зміни якості енергії робочого тіла. У другому етапі робоче тіло виконує роботу за рахунок зменшення кількості внутрішньої енергії піл впливом різниці температур.
Якщо перетворення протікає у двох процесах – ізотермічному і адіабатному:
У
ізотермічному процесі термодинамічним
потенціалом є вільна енергія
.
; 
;
;
Якщо
,
то (6) буде виражати ексергетичну ККД: 
Отримаємо
з (8):
(9)
Закон Гюй-Стодоли
Для
необоротніх процесів під час наявності
тертя буде втрачатись частина енергії
на подолання тертя. При цьому буде
збільшуватись ентропія системи на
величину, яка називається ентропією
дисипації
.
Дисипативними
силами називаються
сили, які направлені у протилежний бік
руху тіла, і на подолання яких витрачається
робота.
;
.
Закон Гюй-Стодоли виражає втрати ексергії в результаті необоротності проходження в ній необоротних процесів дорівнює добутку температури навколишнього середовища на суму збільшення ентропії всіх тіл, які беруть участь у дисипативних процесах. Метод оцінки ефективності термодинамічних систем, який будується на використанні поняття ексергії, називається ексергетичним методом термодинамічного аналізу системи.