1 Термодинамическое определение энтропии

ЭнтропияS - это величина, приращение которой связано с количеством

тепла, поступающего в систему: .

Так, например, для идеального газа , следовательно, приращение энтропии идеального газа:.

Приращение энтропии будет полным дифференциалом (как и приращение внутренней энергии), а сама энтропия S - это функция состояния

системы.

Хотя теплота Q передается по-разному в различных процессах, но

изменение энтропии не зависит от способа передачи тепла, а зависит только

от начального и конечного состояний системы (от значений её термодинамических параметров).

Как и любая функция состояния, энтропия определена с точностью

до произвольной постоянной. .

Замечание: значение этой постоянной устанавливает третье начало термодинамики, которое постулирует, что S=0 при T=0. Но для идеального газа, как вытекает из полученной формулы, следовательно,в области очень низких температур газ нельзя считать идеальным. При любом циклическом процессе, когда система приходит в исходное состояние, изменение энтропии равно нулю. Заметим, что так как, то переданное тепло равно площади под кривой процесса на диаграмме T - S. При этом первое начало термодинамики для идеального газа можно записать в виде.

Для адиабаты dS=0 или S=const, поэтому адиабатический процесс можно назватьизоэнтропийным.

Равенство справедливо только для равновесных (обратимых) процессов. Для неравновесных (необратимых) процессов(хотя S - по-прежнему функция состояния системы).

Если циклический процесс сопровождается некоторыми необратимыми изменениями, то из формулыполучаем- этонеравенство Клаузиуса.

2 Второе начало термодинамики

Направление протекания реальных термодинамических процессов определяется изменением энтропии S:

во всех равновесных и неравновесных процессах энтропия замкнутой системы не может убывать: .

Это утверждение называется вторым началом термодинамики.

Существуют другие формулировки второго начала термодинамики.

Приведем формулировку Кельвина, связанную с невозможностью существования вечного двигателя: невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых было бы превращение всего полученного системой тепла в работу.

Второе начало термодинамики запрещает существование

вечных двигателей второго рода.

Формулировка Кельвина утверждает, что если термодинамическая система получает тепло от нагретого тела (нагревателя) и, совершая циклический процесс, производит работу, то она обязана часть энергии в виде тепла отдавать другим телам (холодильнику).

3 Тепловые машины. Циклические процессы

Как правило, любая тепловая машина (двигатель) использует циклический процесс. Ее рабочее тело, т.е. термодинамическая система, преобразующая часть полученного тепла в работу, периодически через цикл приходит в начальное состояние.

Так как в результате циклического процесса внутренняя энергия не изменяется, т.е. , то из первого начала термодинамики следует, что совершенная за цикл работа равна площади петли цикла на диаграмме p-V и она же равна разности полученной и отданной за цикл теплоты: A=Q₁-Q₂.

К.п.д. тепловой машины (цикла) равен отношению произведенной за цикл работы к полученному от нагревателя теплу: Заметим, что тепло распространяется от нагретого тела к холодному, но не наоборот:.

Это утверждает формулировка Клаузиуса второго начала термодинамики: невозможны такие процессы, единственным результатом которых был бы переход тепла от холодного тела к нагретому.