§7 Второе начало термодинамики
Первое начало термодинамики, выражая закон сохранения энергии и превращения энергии, не позволяет установить направление протекания т/д процессов. Кроме того, можно представить множество процессов, не противоречащих I началу т/д, в которых энергия сохраняется, а в природе они не осуществляются. Возможные формулировки второго начало т/д:
1) закон возрастания энтропии замкнутой системы при необратимых процессах: любой необратимой процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает ΔS ≥ 0 (необратимый процесс) 2) ΔS ≥ 0 (S = 0 при обратимом и ΔS ≥ 0 при необратимом процессе)
В процессах, происходящих в замкнутой системе, энтропия не убывает.
2)
Из формулы Больцмана S=
, следовательно,
возрастание энтропии означает переход
системы из менее вероятного состояния
в более вероятное.
3) По Кельвину: не возможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращения теплоты, полученной от нагревателя в эквивалентную ей работу.
4) По Клаузиусу: не возможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому.
Для описания т/д систем при 0 К используют теорему Нернста-Планка (третье начало т/д): энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к нулю по мере приближения температуры к 0 К
Из теоремы Нернста-Планка следует, что Cp = Cv = 0 при 0 К
БИЛЕТ 8
1. Замкнутые механические системы. Импульс системы тел. Закон движения центра масс.
Механическая система называется замкнутой (или изолированной), если на неё не действуют внешние силы, т.е. она не взаимодействует с внешними телами.
Строго говоря, каждая реальная система тел всегда незамкнута, т.к. подвержена, как минимум, воздействию гравитационных сил. Однако, если внутренние силы гораздо больше внешних, то такую систему можно считать замкнутой (например, Солнечная система).
Для замкнутой системы равнодействующий вектор внешних сил тождественно равен нулю:
|
|
(3.7.1) |
|
отсюда
|
|
(3.7.2) |
|
.Это есть закон сохранения импульса: импульс замкнутой системы не изменяется во времени.
|
|
|
Импульс
системы тел может быть представлен в
виде произведения суммарной массы тел
на скорость центра инерции: 
тогда
|
|
(3.7.3) |
|
.При любых процессах, происходящих в замкнутых системах, скорость центра инерции сохраняется неизменной.
|
|
Закон
сохранения импульса является одним из
фундаментальных законов природы. Он
был получен как следствие законов
Ньютона, но он справедлив и для микрочастиц,
и для релятивистских скоростей, когда 
.
Если
система незамкнута,
но главный вектор внешних сил 
,
то 
как
если бы внешних сил не было (например,
прыжок из лодки, выстрел из ружья или
реактивное движение (рис. 3.3, 3.4)).
Рис.
3.3
Закон движения центра масс.
Воспользовавшись законом изменения импульса, получим закон движения центра масс:
dP/dt = M∙dVc/dt = ΣFi
Центр масс системы движется так же, как двигалась бы частица с массой, равной массе системы, под действием силы, равной векторной сумме всех внешних сил, действующих на входящие в систему частицы.
В частности, центр масс замкнутой системы относительно произвольной ИСО движется равномерно прямолинейно или покоится. Изменение импульса центра масс происходит за счет внешних сил.
Внутренние силы не влияют на характер его движения, если внешнее воздействие на систему постоянно и однородно. Например, во время салюта движение центра масс разорвавшегося пиротехнического снаряда в постоянном однородном поле силы тяжести происходит по параболе.
Если внешнее воздействие изменяется, то на различные части системы начинают действовать разные силы и характер движения центра масс меняется. В качестве примера рассмотрим движение системы, состоящей из одного тела - снаряда. В случае падения одной из частей разорвавшегося в воздухе снаряда на землю в системепоявится новая внешняя сила - сила реакции опоры. Характер движения центра масс системы (осколков снаряда) при этом изменится. Наличие внутренних сил в этом примере является необходимым условием изменения характера движения центра масс системы. Без этих сил, обусловивших распад снаряда на части, не произошло бы изменения траектории его движения вплоть до падения снаряда на землю.