2. Обратимые и необратимые процессы

Обратимый процесс – это процесс, удовлетворяющий условиям:

1. Его одинаково можно провести как в прямом так и в обратном направлении.

2. При осуществлении процесса система проходит через одни и те же промежуточные состояния.

3. После завершения процесса система возвращается в исходное состояние.

Необратимый процесс = это процесс, при котором обратный переход в исходное состояние маловероятен.

Все реальные процессы необратимы. Рассмотрим для примера диффузию.

Если убрать перегородку, молекулы самопроизвольно занимают весь объем.

Обратный процесс (молекулы самопроизвольно собираются в одной половине сосуда) невозможен. Это объясняется тем, что вероятность состояния, при котором все молекулы газа находились бы в одной из половин не перегороженного сосуда, практически равна нулю.

§11 Цикл Карно и его кпд

Французский физик Никола Леонард Сади Карно, (1796  1832 г.г.) разработал теоретические основы и принцип действия тепловых машин. По назначению они делятся на тепловые двигатели (а) и холодильные машины (б)

Т епловые двигатели (рис. а) трансформируют теплоту в работу. При этом рабочее тело совершает прямой цикл, получает теплоту Q₁ от нагревателя, совершает работу A = Q₁  |Q₂| и отдаёт теплоту Q₂ холодильнику.

В холодильных машинах (рис. б) при выполнении работы внешними телами тепло от охлаждаемого тела передаётся во внешнюю среду.

Теорема Карно: наибольшим КПД обладают машины, работающие по обратимому циклу. При этом КПД определяется только температурами нагревателя и холодильника и не зависит от конструкции машины.

Наиболее экономичным Карно предложил цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.

1 – 2 - изотермическое расширение при Т₁

2 – 3 – адиабатное расширение

3 – 4 - изотермическое сжатие при Т₂

4 – 1 – адиабатное сжатие

КПД цикла Карно:

→ КПД меньше 1 (100%) даже для идеального процесса.

§ 12 Энтропия

1. Энтропия и ее статистическое толкование.

Термодинамическая вероятность –W – это число способов, которыми может быть реализовано данное состояние системы.

- это не есть понятие вероятности в математическом смысле ( р ≤ 1 ).

Вероятность W не является аддитивной величиной (W = W₁ ∙ W₂ ), т.е. не равна сумме ( W₁ + W₂ ).

Свойством аддитивности обладает ln W:

ln W = ln W₁ W₂ = ln W₁ + ln W₂

(на практике с такой величиной удобнее работать).

Больцман предложил характеризовать вероятность состояний т/д системы с помощью энтропии S:

Формула Больцмана

(k = 1,38 ∙10 ^{– 23} Дж / К - постоянная Больцмана.

Статистический смысл энтропии: это количественная мера беспорядка системы (чем больше беспорядок, тем больше энтропия S).

2. Изменение энтропии для любого процесса:

где - энтропия идеального газа

Рассмотрим изменение энтропии для изопроцессов, учитывая, что

1. Адиабатный процесс ( δQ = 0 → Δ S = 0 )

изоэнтропический процесс