Энтропияның статистикалық тұрғыдан түсіндірілуі.

Дене немесе жүйе күйінің термодинамикалық ықтималдылығы - бұл берілген нақты термодинамикалық күйді (макро күй) алуды жүзеге асырудың тәсілдерінің саны. Басқаша айтқанда, бұл берілген макро күй жүзеге асу үшін бөлшектердің мүмкін болатын координат және жылдамдық бойынша (микро күй) микро таралуының барлық мүмкін болатын саны.

Больцман формуласы

мұндағы - Больцман тұрақтысы.

Жүйенің энтропиясы берілген макрокүйді жүзеге асыратын микрокүйдің санының логарифмен анықталады.

Энтропия жүйенің ретсіздігінің өлшемі болып табылады,берілген макрокүйді жүзеге асыратын микрокүй саны неғұрлым үлкен болса, соғұрлым энтропия үлкен болады.

Энтропияның өсу принципі.

Тұйық жүйеде барлық процестер оның энтропиясының өсуіне әкеледі. Тұйық жүйеде ықтималдылығы аздау күйден ықтималдылығы жоғары бағытқа қарай күйлердің ықтималдылығы максималь болғанша жүреді.

Жүйенің ең ықтимал күйі болып табылатын тепе-теңдік күйде –– микро күй саны максимал, соған сай энтропияда максимал болады.

Термодинамиканың екінші бастамасы.

Тұйық жүйеде кез келген қайтымсыз процесс жүйенің энтропиясы өсетіндей жүреді (энтропияның өсу заңы).

Термодинамиканың бірінші бастамасы термодинамикалық процестерге энергияның сақталу, айналу заңдарының қолдануға сай етіп береді.

Термодинамиканы 2-ші бастамасы қандай процестер табиғата мүмкін, қандайы процестер мүмкін емес екендігін көрсете отырып термодинамикалық процестердің өту бағытын анықтайды.

Термодинамиканың екінші бастамасының энтропияның өсуі заңына баламалы тағыда екі формулировкасы бар.

1. Кельвин бойынша: нәтижесі жалғыз ғана қыздырғыштан алған жылуы оған баламалы жұмысқа айналу болып табылатын дөңгелек процесс мүмкін емес.

2. Клаузиус бойынша: төмен қыздырылған денеден, жоғары қыздырылған денеге жылудың берілуі жалғыз нәтижесі болып саналатын дөңгелек процесс мүмкін емес.

Термодинамиканың үшінші бастамасы.

Термодинамиканың үшінші бастамасы – Нернст-Планк теориясы Кельвиндік нольде (абсолюттік ноль) термодинамикалық жүйенің жағдайын постулаттайды: тепе-теңдік күйде барлық дененің энтропиясы температураның Кельвиндік нолге жуықтаутау шамасына қарай нольге ұмтылады .

болғанда, жылу сыйымдылықтар және нолге тең болғандықтан

, , , .

Жылулық қозғалтқыштар және суытқыш машиналар.

Жылулық қозғалтқыш – бұл сырттан алған жылуының есебінен жұмыс жасайтын, периодты әсер ететін қозғалтқыш.

Термостат дегеніміз өз температурасын іс жүзінде өзгеріссіз сақтап, басқа денелермен жылу алмаса алатын термодинамикалық жүйе.

Жұмысшы дене – бұл дөңгелек процесс жасайтын, басқа денелермен энергия алмасатын дене.

Ж ылу қозғалтқышының жұмыс принципі: қыздырғаш деп аталатын жоғары температуралы термостаттан бір циклде жылу мөлшері алынады, ал төмен температуралы суытқыш деп аталатын термостатқа цикл бойында жылу мөлшері беріліп, сол кезде жұмыс атқарылады.

Қозғалтқыштың термиялық П.Ә.К.

П .Ә.К бірге тең болу үшін болуы қажет, ал термодинамиканың екінші бастамасы бойынша бұған тиым салынған.

Ж

А

ылу қозғалтқышта керісінше жүретін процесс суытқыш машинада пайдаланылады: төмен температралы термостаттан цикл ішінде жылу мөлшері алынып, ол температурасы жоғары термостатқа беріледі . Бұл кезде немесе болады.

Жүйенің температурадағы термостатқа берген жылу мөлшері, температурасы термостаттан алынған жылу мөлшерінен жүйемен істелетін жұмыс шамасына артық.

Суытқыш машинаның эффективтілігі суытқыш коэффициенті сипатталады, ол төмен температуралы термостаттан алынған жылу мөлшерінің суытқыш машинаны әрекетке кілтіру үшін жұмсалатын А жұмысына қатынасына тең.

Карно теоремасы.

Периодты жұмыс істейтін барлық жылу машиналарының ішінен қыздырғыштарының температуралары және суытқыштарының темперауралары бірдей болғанда, ең үлкен П.Ә.К.-ке қайтымды машина ие болады. Бұл кезде қыздырғыштары мен суытқыштарының температуралары бірдей қайтымды машинаның П.Ә.К. бір-біріне тең және жұмысшы дененің табиғатына байланыссыз, тек қыздырғыш пен суытқыштың температурасымен анықталады.

Карно циклі.

Ең үнемді қайтымды дөңгелек процесс екі изотермадан, екі адиабатадан тұрады.

Карноның тура циклін қарастырайық, мұнда жұмысшы дене ретінде қозғалмалы поршені бар ыдыстағы идеал газ пайдаланылады.

Карно цикліндегі термодинамикалық процестердің тізбегі.

1 – изотерма – 2- адиабата – 3- изотерма - 4 адиабата – 1.

И зотермиялық ұлғаю 1-2, , .

Адиабаталық ұлғаю 2-3, , .

Изотермиялық сығылу 3-4, , .

Адиабаталық сығылу , .

.

Дөңгелек процестің нәтижесіндегі жасалатын жұмыс.

2-3 және 4-1 адиабата үшін Пуассон теңдеуі:

, осыдан осыларды пайдаланып, Карно циклінің термиялық пайдалы әсер коэффициенті (П.Ә.К.), шын мәнінде тек қыздырғыш пен суытқыштың температурасы арқылы анықталады.