3.Энтропия. Второе начало термодинамики
Второе начало термодинамики позволяет определить направление протекания процессов (определить процессы, протекание которых возможно). С этой целью вводится понятие энтропии.
Пусть dQ - количество теплоты, сообщенное телу на бесконечно малом участке изотермического процесса. Величина dQ/T называется приведенным количеством теплоты , где Т - температура теплоотдающего тела. В теории доказывается, что в замкнутой системе для любого обратимого кругового процесса , откуда следует, что dQ/T есть полный дифференциал некоторой функции, которая определяется только состоянием системы и не зависит от пути, каким система пришла в это состояние, т.е. dQ/T = dS.
Функция состояния S, дифференциалом которой является dQ/T называется энтропией . Из dQ/T = 0 следует, что для обратимых процессов DS = 0 . Кроме того, доказывается, что для необратимого цикла DS > 0. Так что в общем случае для замкнутой системы справедливо неравенство Клаузиуса DS ³ 0.энтропия определяется с точностью до аддитивной постоянной, т.е. физический смысл имеет не сама энтропия, а разность энтропии. [dU=(m/M)CVdT, dA=pdV=(m/M)RTdV/V], можно получить DS = (m/M)[CVln(T2/T1) + Rln(V2/V1)],т.е. изменение энтропии идеального газа при переходе его из состояния 1 в состояние 2 не зависит от вида процесса перехода
Для адиабатического процесса dQ = 0 и, следовательно S = const - т.е. адиабатический процесс протекает при постоянной энтропии (изоэнтропийный процесс ). Для изотермического процесса T1 = T2 и, следовательно, DS = (m/M)Rln(V2/V1). Для изохорного процесса V1 = V2 и, следовательно, DS = (m/M)CVln(T2/T1).
Энтропия обладает аддитивным свойством - энтропия системы равна сумме энтропий тел, входящих в систему.
Следовательно, энтропия является мерой неупорядоченности системы: чем больше число микросостояний, реализующих данное макросостояние, тем больше энтропия. В состоянии равновесия - наиболее вероятного состояния системы - число микросостояний максимально, при этом максимальна и энтропия.
4.
Карно цикл-обратимый
круговой процесс, в котором совершается
превращение теплоты в работу (или работы
в теплоту). К. ц. состоит из последовательно
чередующихся двух изотермических и
двух адиабатных При постоянной разности
температур (T1 — T2) между нагревателем
и холодильником рабочее тело совершает
за один К. ц. работу
;
Эта
работа численно равна площади ABCD (рис.
1), ограниченной отрезками изотерм и
адиабат, образующих К. ц.
К.
ц. обратим, и его можно осуществить в
обратной последовательности (в
направлении ADCBA). При этом количество
теплоты δQ2 отбирается у холодильника
и вместе с затраченной работой δА
(превращенной в теплоту) передаётся
нагревателю. Тепловой двигатель работает
в этом режиме как идеальная холодильная
машина.К. ц. имеет наивысший кпд η =
δA/δQ1 = (T1 — T2)/T1 среди всех возможных
циклов, осуществляемых в одном и том
же температурном интервале (T1 — T2). В
этом смысле кпд К. ц. служит мерой
эффективности др. рабочих циклов.
Исторически К. ц. сыграл важную роль в развитии термодинамики и теплотехники. С его помощью была доказана эквивалентность формулировок Р. Клаузиуса и У. Томсона (Кельвина) второго начала, К. ц. был использован для определения абсолютной термодинамической шкалы температур ,
