Добавил:
ac3402546@gmail.com Направление обучения: транспортировка нефти, газа и нефтепродуктов группа ВН (Вечерняя форма обучения) Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекц / ppt / 5 Второе начало термодинамики.ppt
Скачиваний:
13
Добавлен:
01.06.2021
Размер:
394.75 Кб
Скачать

Второе начало термодинамики

Как отмечалось выше, первое начало термодинамики представляет собой количественное выражение закона сохранения и превращения энергии, оно позволяет составить энергетический баланс исследуемых процессов, но не определяет направление их протекания. Условия осуществления и направленности протекания

процессов определяются на основании второго начала термодинамики. В совокупности первое и второе начало термодинамики являются

фундаментом в построении теории тепловых машин и технической термодинамики в целом.

Второе начало классической термодинамики обычно формулируется как объединенный принцип существования и возрастания некоторой функции состояния тел и сложных систем, названной энтропией :

dS

 

Q

Знак равенства соответствует обратимому

T

процессу, а неравенства реальному процессу

 

 

 

 

 

 

 

 

dSизол

Q

0

 

 

 

T

 

 

 

 

 

Н.И. Белоконь справедливо заметил, что принципы существования и возрастании энтропии различны по содержанию и значимости и предложил рассматривать эти принципы раздельно.

Принцип существования энтропии справедлив для равновесных термодинамических систем и распространяется на любые процессы – обратимые и необратимые. Принцип существования энтропии и абсолютной температуры как термодинамических функций состояния равновесных систем, по терминологии проф. Н.И. Белоконь, был назван вторым началом термостатики.

Принцип возрастания энтропии характеризует только наиболее вероятное направление течения реальных процессов и, следовательно, имеет несомненно меньшую область применения, чем принцип существования энтропии. Принцип возрастания энтропии изолированных систем при протекании в них реальных процессов Н.И. Белоконь назвал

вторым началом термодинамики.

Второе начало термостатики

В качестве постулата второго начала термостатики используется утверждение, что «температура есть единственная функция состояния, определяющая направление самопроизвольного теплообмена» или между телами не находящихся в тепловом равновесии невозможен одновременный самопроизвольный теплообмен в противоположных направлениях.

Непосредственно из пастулата следуют три следствия, каждое из которых позволяет получить математическое выражение второго начала термостатики-принципа существования энтропии и абсолютной температуры.

Например два тела находящиеся в тепловом равновесии и образующие адиабатическую систему возвращаются в исходное состояние одновременно.

A. I

A.I I

.

.

..

I I

t I

t I I

Рассмотрим адиабатно изолированную систему, состоящую из термически сопряженных тел. Первое тело (I) – любое тело (например, реальный газ), совершает произвольные процессы - обратимые и необратимые, второе тело (II) – контрольное тело - идеальный газ, совершает обратимый круговой процесс. Оба тела в каждый момент имеют одинаковую температуру (tI = tII = t).

Первое и второе тело осуществляют разнообразные процессы изменения состояния, к ним извне подводится (или отводится) работа, между телами происходит теплообмен, но для адиабатно изолированной системы выполняется обязательное условие

Q QI QII 0

Разделив на некоторую функцию, зависящую только от температуры (t). С учетом равенства температур двух тел

получаем

QI

QII

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( tI )

 

( tII

)

 

Так как тела I и II возвращаются в исходное состояние одновременно (согласно теореме теплового равновесия тел в равновесных круговых процессах) последнее уравнение можно интегрировать по замкнутому контуру

QI

QII

0

 

 

( tI )

( tII )

 

 

 

 

 

Второй интеграл для идеального газа, как интеграл

 

функции состояния, равен нулю Q

II

Q

dSII

0

(tII) = TII

 

 

 

 

( tII )

TII

 

 

следовательно и первый интеграл равен нулю

QI 0

( tI )

Как известно если круговой интеграл равен нулю это значит, что подынтегральное выражение представляет из себя полный дифференциал некоторой функции состояния, названной энтропией (S), а функция (tI) является интегрирующим

делителем

QI

 

 

QI

dSI

 

 

 

( tI )

 

 

 

TI

Так как тело I - любое тело полученное выражение распространяется на все равновесные процессы изменения состояния любых систем.

QI

 

 

QI

dSI

( tI )

 

 

TI

Выбранная функция (t), которая не зависит от вида тел, называется абсолютной температурой (t)= Т.

Таким образом, получаем математическое выражение

второго начала термостатики - принципа существования

энтропии и абсолютной температуры для любых равновесных систем

dS Q Q* Q**

T T

и для 1 кг системы ds q q* q**

T T

Следствия второго начала термостатики

Следствия второго начала термостатики широко применяются в термодинамических расчетах и формули- руются на основе анализа его математического выражения

Следствие I. Совместное выражение первого начала термодинамики и второго начала термостатики позволяет получить дифференциальное уравнение термодинамики, которое связывает между собой все термодинамические свойства веществ

 

du

 

 

dh

 

Tds cvdT

 

p

dv cp dT

 

T v dP

 

dv T

 

 

dP

 

Следствие II. Координаты Т - S являются универсальными

координатами термодинамического теплообмена.

Исходя из математического выражения второго начала термостатики площадь под кривой элементарного участка

процесса равна подводимому (отводимому) количеству теплоты

Q = T dS.

T

.

 

 

2

 

Q = T dS

 

.

T

 

1

 

d S

S