3. Ізобарний процес. У разі ізобарного процесу кількість теплоти, підведеної до газу. Витрачається на збільшення внутрішньої енергії й на роботу розширення, яку здійснює газ проти зовнішнього тиску:

Q = ΔU + Ar

4. Адіабатний процес. Під час цього процесу не відбувається тепло­обміну між газом і навколишнім середовищем. Тому Q = 0. Перший закон термодинаміки приймає вигляд

Ar = -ΔU

За умов відсутності теплообміну газу із зовнішнім середовищем робота, яку здійснює газ проти зовнішніх сил, відбувається за раху­нок зменшення його внутрішньої енергії.

Тому під час адіабатного стискання температура газу підвищується, а в разі адіабатного розширення — знижується. Якщо стискання газу відбувається дуже швидко, то температура значно підвищується. На цьому принципі заснована дія двигунів Дізеля: температура повітря за швидкого стискання в циліндрі стає настільки високою, що пальне за­горяється без системи запалювання.

Охолодженням газу під час адіабатного розширення пояснюється ут­ворення хмар.

Задача на закріплення матеріалу.

При ізохорному процесі 100 молям одноатомного ідеального газу надано 24,9•10⁴ Дж теплоти. На скільки збільшилась температура газу?

На мультимедійній дошці демонструється задача з розв’язком. Потім залишається лише дано, курсанти та студенти по пам’яті відновлюють розв’язок. Для тих хто не зміг відновити з’являється неповний розв’язок (деякі букви у розв’язку відсутні). Знову демонструється повний розв’язок для перевірки правильності запису.

3.2. Другий закон термодинаміки. Ентропія.

Ентроп́ія S — термодинамічна величина, міра тієї частини енергії термодинамічної системи, яка не може бути використана для виконання роботи, оскільки пов'язана з незворотними процесами розсіяння. Вона також є мірою безладу в термодинамічній системі.

Поняття ентропії було вперше введено у 1865 році Рудольфом Клаузіусом. Він визначив зміну ентропії термодинамічної системи при оборотному процесі як відношення загальної кількості теплоти ΔQ, отриманої або втраченої системою, до величини абсолютної температури T:

Рудольф Клаузіус дав величині S назву «ентропія», утворивши її від грецького слова τρoπή, «зміна» (зміна, перетворення). Формула визначає тільки зміну ентропії, а не її абсолютну величину, тому в термодинаміці ентропія визначається лише з точністю до сталої.

Зв'язок між теплоємністю та ентропією дається формулою

Властивості ентропії.

Ентропія є екстенсивною величиною (залежить від маси і об'єму системи), тому сумарна ентропія двох систем

Ентропія є функцією стану системи, її зміна не залежить від способу переходу з кінцевого стану у початковий:

,

якщо обидва стани рівноважні.

У самочинних процесах, які протікають в ізольованій системі, ентропія зростає (ΔS>0). Ця властивість є основою другого закону термодинаміки. Виходячи з означення ентропії за Больцманом, у самочинних процесах в ізольованій системі безладдя завжди зростає. Загалом, для довільної, не обов'язково ізольованої термодинамічної системи:

,

де рівність виконується, за означенням, для рівноважних оборотних процесів.

Ентропія залишається сталою при рівноважних оборотних процесах в ізольованій системі, тобто системі, що не обмінюється ні енергією, ні частинками з іншими системами. У неізольованих термодинамічних системах зміна ентропії підпорядкована першому закону термодинаміки.

Процеси, що відбуваються зі сталою ентропією називаються ізоентропійними. Серед рівноважних процесів до таких належить адіабатичний процес. Ізоентропійними також можуть бути деякі нерівноважні процеси.

Другий закон термодинаміки - закон зростання ентропії: у замкнутої (тобто ізольованої в тепловому і механічному відношенні) системі ентропія або залишається незмінною (якщо в системі протікають оборотні, рівноважні процеси), або зростає (при нерівних процесах) і в стані рівноваги досягає максимуму.

Існують і інші еквівалентні формулювання другого початку термодинаміки, що належать різним ученим: неможливі перехід теплоти від тіла більш холодного до тіла, більш нагрітому, без яких-небудь інших змін у системі або навколишньому середовищі (Р.Клаузиус); неможливо створити періодично чинну, тобто здійснюючу якийсь термодинамічний цикл, машину, уся робота якої зводилася б до підняття деякого вантажу (механічній роботі) і відповідному охолодженню теплового резервуара (В.Томсон, М.Планк); неможливо побудувати вічний двигун другого роду, тобто теплову машину, що у результаті вчинення кругового процесу (циклу) цілком перетворить теплоту, одержувану від якогось одного "невичерпного" джерела (океану, атмосфери і т.д.) у роботу (В.Оствальд).

В.Томсон (лорд Кельвин) сформулював принцип неможливості створення вічного двигуна другого роду, у 1852 році прийшов до формування концепції "теплової смерті" усесвітом. Її суть розкривається в таких положеннях. По-перше, у всесвітом існує тенденція до марнування механічної енергії. По-друге відновлення механічної енергії в старій кількості не може бути здійснено. По-третє, у майбутньому Земля опинеться в негожому для життя людини стані. Через 20 років Клаузіус приходить до того ж висновку, сформулював другий початок термодинаміки у виді: ентропія всесвітом ринеться до максимуму. (Під ентропією він розумів розмір, що подає собою суму всіх перетворень, що повинні були мати місце, щоб призвести систему в її теперішній стан.)

Суть у тому, що в замкнутій системі ентропія може тільки зростати або залишатися постійною. Інакше кажучи, у всякій ізольованій системі теплові процеси однонаправлені, що і призводить до збільшення ентропії. Варто ентропії досягти максимуму, як теплові процеси в такій системі припиняються, що означає прийняття всіма тілами системи однакової температури і перетворення усіх форм енергії в теплову. Настання стана термодинамічної рівноваги призводить до припинення всіх макропроцесів, що й означає стан "теплової смерті".

Третій закон термодинаміки (теорема Нернста) : ентропія фізичної системи при прагненні температури до абсолютного нуля не залежить від параметрів системи і залишається незмінної. Інші формулювання теореми: при прагненні температури до абсолютного нуля всі зміни стана системи не змінюють її ентропії; за допомогою кінцевої послідовності термодинамічних процесів не можна досягти температури абсолютного нуля. М.Планк доповнив теорему гіпотезою, відповідно до якої ентропія всіх тіл при абсолютному нулі температури дорівнює нулю. З теореми випливають важливі слідства про властивості речовин при температурах, близьких до абсолютного нуля: набувають нульового значення питомі теплоємності при постійних обсязі і тиску, термічний коефіцієнт розширення і тиски. Крім того, із теореми випливає недосяжність абсолютного нуля температури при кінцевій послідовності термодинамічних процесів.

Висновок: на даному занятті було розглянуто мету вивчення курсу, основні поняття, визначення термодинаміки та закони ідеальних газів. Також закони термодинаміки та поняття ентропії.