Энтропия.

Опр.3.4.13. Энтропией называется функция S состояния системы, дифференциал которой в элементарном обратимом процессе равен отношению бесконечно малого количества тепла, сообщенного системе, к абсолютной температуре последней: . (3.4.37.)

Энтропия сложной системы равна сумме энтропии всех ее однородных частей.

Изменение энтропии выражается формулой , (3.4.38.)

где символы А и В показывают пределы интегрирования, соответствующие начальному и конечному состояниям системы.

По знаку изменения энтропии системы в обратимом процессе можно судить о направлении теплообмена. Для всех обычных термодинамических систем внутренняя энергия U неограниченно возрастает при Т  , поэтому абсолютная температура в равновесных состояниях может быть только положительной, так что при нагревании системы dS>0, а при охлаждении dS<0.

Опр.3.4.14. Изоэнтропийным процессом называется термодинамический процесс, в котором энтропия системы не изменяется. Например, в обратимом адиабатическом процессе Q = 0 и S = const.

Энтропия тела может быть определена только с точностью до постоянного слагаемого (константы интегрирования).

Формула Больцмана , (3.4.39.)

где постоянная Больцмана, термическая вероятность состояния системы.

Круговые процессы. Цикл Карно.

Опр.3.4.15. Рабочим телом (рабочим агентом) называется термодинамическая система, совершающая процесс и предназначенная для преобразования одной формы передачи энергии - теплоты или работы - в другую.

Например, в тепловом двигателе рабочее тело, получая энергию в форме тепла, часть ее передает в форме работы.

Опр.3.4.16. Нагревателем (теплоотдатчиком) называется система, сообщающая рассматриваемой термодинамической системе энергию в форме тепла.

Опр.3.4.17. Холодильником (теплоприемником) называется система, получающая от рассматриваемой термодинамической системы энергию в форме тепла.

Круговые процессы изображаются в термодинамических диаграммах в виде замкнутых кривых. Работа против внешнего давления, совершаемая системой в обратимом круговом процессе, измеряется площадью, ограниченной кривой этого процесса в диаграмме V - р.

Опр.3.4.18. Прямым циклом называется круговой процесс, в котором система совершает положительную работу: А > 0.

В диаграмме V - p прямой цикл изображается в виде замкнутой кривой, проходимой рабочим телом по часовой стрелке.

Опр.3.4.19. Обратным циклом называется круговой процесс, в котором работа, совершаемая системой, отрицательна А < 0.

В диаграмме V - p обратный цикл изображается в виде замкнутой кривой, проходимой рабочим телом против часовой стрелки.

В тепловом двигателе рабочее тело совершает прямой цикл, а в холодильной машине - обратный цикл.

Опр.3.4.20. Термическим (термодинамическим) коэффициентом полезного действия (к. п. д.) называется отношение теплового эквивалента А работы, совершенной рабочим телом в рассматриваемом прямом круговом процессе, к сумме Q₁ всех количеств тепла, сообщенных при этом рабочему телу нагревателями: , (3.4.40.)

где Q₂ - абсолютная величина суммы количеств тепла, отданных рабочим телом холодильникам.

Термический к. п. д. характеризует степень совершенства преобразования внутренней энергии в механическую, происходящего в тепловом двигателе, который работает по рассматриваемому циклу.

Рис.1. Цикл Карно

Опр.3.4.21. Циклом Карно называется прямой круговой процесс (рис. 1), состоящий из двух изотермических процессов 1 - 1' и 2 - 2' и двух адиабатических процессов 1' - 2 и 2' - 1. В процессе 1 - 1' рабочее тело получает от нагревателя количество тепла Q₁ а в процессе 2 - 2' рабочее тело отдает холодильнику количество тепла Q₂.

Теорема Карно: термический к. и. д. обратимого цикла Карно не зависит от природы рабочего тела и является функцией только абсолютных температур нагревателя (T₁) и холодильника (T₂): , (3.4.41.)

следовательно - приведенная теплота для любых изотермических переходов между двумя адиабатами есть величина постоянная.

Для любой другой тепловой машины