§ 2 Начала термодинамики

Первое начало термодинамики - количество теплоты, сообщаемое системе, расходуется на изменение её внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил Q = ∆U + A.

Круговым процессом ( циклом ) называется процесс, при котором система пройдя через ряд состояний возвращается в исходное.

Термодинамический процесс называется обратимым, если он может происходить как в прямом, так и в обратном направлении. Если, процесс идёт сначала в прямом, а потом в обратном направлении и система возвращается в исходное состояние, то в окружающей среде и в этой системе не происходит никаких изменений.

В ходе нескольких процессов газ может вернуться в первоначальное состояние, т.е. будет совершен цикл. Если процессы равновесные, то они могут быть изображены графически. Пусть цикл состоит из двух изохор и двух изобар. Имеет ли смысл последовательность процессов? Сравним 2 случая (рис. 1):

а ) р б) р

Рис. 1

V₁ V₂ V₁ V₂

Стрелочки на рис. 2 показывают направление протекания каждого процесса. При изохорных процессах работа не совершается. При изобарных процессах работа равна площади прямоугольника, ограниченного графиком процесса и изохорами. Анализировать графики помогает табл. 3.

Таблица 3

График (рис. 2, а)	График (рис. 2, б)	Участок графика
Изохора: Т увеличивается (ΔТ > 0)). Подводится количество теплоты (Q > 0): ΔU = Q , A = 0 Изобара: ΔТ > 0, Q > 0, А' > 0 газ совершает работу Изохора: ΔТ < 0, Q < 0 (выделяется) ΔU = Q, ΔU < 0, А = 0 Изобара: ΔТ < 0, Q < 0, А > 0 над газом совершается работа	Изобара: ΔТ > 0, Q > 0, А' > 0 газ совершает работу Изохора : ΔТ > 0, Q > 0, ΔU = Q, А = 0 Изобара: ΔТ < 0, Q < 0, А > 0 над газом совершается работа Изохора: ΔТ < 0, Q < 0, ΔU = Q, А = 0	1-2 2-3 3-4 4-1
По графику |A| < |A’|	По графику |A| > |A’|
За цикл газ совершает работу A ’ = (p2 - p1) (V2 - V1)	За цикл над газом совершается работа A = (p2 - p1) (V2 - V1)

Приведённым количеством теплоты называется отношение количества теплоты Q , полученной телом в изотермическом процессе к температуре T теплоотдающего тела.

Энтропией S называется функция состояние, дифференциалом которой является отношение σQ / T.

Для обратимых процессов ∆S = 0

Для необратимых процессов ∆S > 0

Энтропия замкнутой системы может либо возрастать, либо оставаться постоянной.

Неравенство Клаузиуса ∆ S ≥ 0.

Термодинамическая вероятность состояния системы W - число способов, которыми может быть реализовано данное состояние макроскопической системы.

S = k ln W,

где k – постоянная Больцмана.

Второе начало термодинамики - любой необратимый процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает.

Третье начало термодинамики (теорема Нернста - Планка) – энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к нулю по мере приближения температуры к нулю Кельвина.

limS = 0

T→ 0