Термодинамиканың екінші бастамасы.

Жоспар

1.Өздігінен жүретін және өздігінек жүрмейтін процесстер. .Термодинамиканың екінші заңы:анықтамлары, мәні. Карно циклі

2.Қайтымды, қайтымсыз процесстердің жұмысы мен жылуы.

3.Энтропия. Энтропия өзгерісін есептеу. Планк постулаты. Заттың абсолюттік энтропиясын есептеу.

1. Өздігінен жүретін және өздігінек жүрмейтін процесстер. .Термодинамиканың екінші заңы:анықтамлары, мәні .Карно циклі

Термодинамиканың бірінші заңы табиғаттағы өздігінен жүретін процесстердің бағыты туралы ешқандай мәлімет (түсінік) бермейді. Бірінші бастамаға қарап изоляцияланған жүйеде қандай бір процесстер жүретінін элде жүрмейтінін анықтауға болмайды.

Ал термодинамиканың 2-заңы болса, өздігінен жүретін процесстердің бағытын көрсетіп, бірінші заңмен бірге термодинамикалық тепе-теңдік жағдайында әр түрлі жүйелердің макроскопиялық параметрлерінің арасындағы тура сандық қатынастарды орнықтырады.

Термодинамиканың 2-бастамасын ең алғаш ашып, оны зерттеген С.Карно (1824) болды. Ол жылудың жұмысқа айналу шарттарын зерттеп мынадай қорытындыға келді - жылу машиналарындағы жылу кәзінен алынатын жылу мөлшері толыгымен жұмысқа айналмай бір бөлігі тоңазытқышқа беріледі. Егер жылу көзінен алынған жылуды (Q2 десек - (Q 1 - Q 2)-сы жұмысқа айналған жылуды береді W. Пайдалы әсер коэффициентін былай көрсетуге болады:

η = (Q 1 - Q 1Q2)/ Q1=W /Q 1

Жылу машинасының п.э.к-і дене табигатына байланысты болмай теқ температура аралығымен (интервал) анықталады (Карно - Клаузиус теоремасы). Бұл теорема математика түрінде:

η = (Т 1 - Т2)/ Т1 (2)

Т1 - жылу көзі температурасы

Т2 - тоңазытқыш температурасы.

а) Клаузиус тұжырымы (2)-пен келіседі (1850).

Жылу өздігінен салқын денеден ыстық денеге өтпейді.

б) Освальд тұжырымы:

Екінші теқті өмірлік двигатель болмайды.

Екінші теқті двигатель деп барлық жылуды жұмысқа айналдыратын жылу машиналарын айтады.

Айналмалы (круговой) процессте жылуды толығымен жұмысқа айналдыруға болмайды деген термодинамиканың 2-заңының тұжырымы бар.

Молекулалардың ретсіз жылулық қозғалыстың багытты қозғалысқа айналу, ықтималдығы өте аз, ал керісінше жүру ықтималдығы көп (жұмыс толығымен жылуға айналады). Газ өздігінен сығылмайды, керісінше ұлғаяды. Молекулалардың ретсіз қозғалысының табиғилығы энергияның әр түрінің жылуға өтуінің, ал жылу, аз жылыған денеге берілуінің себебімен түсіндіріледі. Бұл процесстер өздігінен жүреді, табиғи және қайтымсыз. Бұдан мынадай қорытынды шығаруға болады. Өздігінен жүретін, процесстер жылу энергиясының шашырауымен жүреді де оны сандық жағынан бір термодинамикалық функциямен сипаттайды.

Термодинамиканың екінші заңы: кез келген денедегі жылуды басқа қосымша әрекет етпестен, тек салқындату салдарынан ғана жұмысқа айналдыруға болмайды.

Термодинамиканың екінші заңында жиі кездесетін өрнектер мен ойларды, теңдеулер мен қорытындыларды , анықтамалар мен тұжырымдарды және олармен байланысты көптеген жайларды қарастырғанда Карно циклі қажет болады. Мұндағы жұмысшы дене – бір моль идеал газ. Циклде қарастырылатын барлық процестер қайтымды. Цикл- белгілі уақытта орындалған жұмыстың жиынтығы. Сонымен Карно циклінде де барлық басқа циклді процестер сияқты ішкі энергияның айырмасы нольге тең: ∆U=O. Карно циклін жүргізген кезде, осы системадағы жұмысшы дене (Q₁-Q₂) жылуын қабылдап алады және мұның салдарынан жұмыс (А) атқарады.

Б ұл функцияны 1865 жылы Клаузус энтропия - деп атап S әріпімен белгіледі. Энтропияның математикалық өрнегі Карно циклынан алынды.

Циклдік процесстердің графиктік көрінісі мына суретте берілген.

Температурасы Т1 қыздырғыштан жұмысшы дене Q 1 жылу алып изотермиялық ұлғаяды (АВ) да W1 жұмыс жасайды, ары қарай газ адиабатты ұлғаяды (жылу берілмейді) (ВС) да температура Т2-ге төмендейді, мұндағы жұмыс W2 тең.

Содан кейін газдың екі сығылу процессі жүреді: изотермиялық сығылу (СД) Т2 температурада, нәтижесінде газ - қабылдағышқа Q 2 жылу береді және адиабатты сығылу (ДА) газ температурасын Т1 дейін көтереді. Сығылу процесінде W3 және W4 деген жұмыстар істелінеді. Бұл процесстердің барлығы да қайтымды.

Карно циклінде ∆U=0, жұмысшы дене Q 1 - Q 2(W2 – W4) жылу алып және W = W1 – W3 жұмыс істелінді.

Цикл тиімділігі п.э.к. - мен сипатталады.

Екі адиабаттық процесстер үшін, адиабат теңдеуін қолдануымызға

болады V2 ден V3, және V4 тең V1.

және .