Следствие III. Адиабатный процесс является процессом изоэнтропийным. Так как в адиабатном процессе теплообмен отсутствует ( Q = 0), то, согласно второму началу
термостатики, в таком процессе изменение энтропии dS = 0 (S = idem). Согласно этому следствию, показатель адиабатного процесса (k) равен показателю изоэнтропийного процесса (ns)
Следствие IV. Коэффициент полезного действия и холодильный коэффициент термодинамических циклов тепловых машин не зависят от вида цикла и природы рабочего тела, а определяются лишь средними абсолютными температурами рабочего тела в процессах подвода и отвода теплоты.
|
|
|
Q |
|
|
|
T |
|
|
Q2 |
|
|
|
|
|
T |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
t 1 |
|
|
2 |
|
|
1 - |
m2 , t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
Q1 |
|
|
|
Q2 |
|
|
Tm1 Tm2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
Q1 |
|
|
|
Tm1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Следствие V. Коэффициент полезного действия и холо- дильный коэффициент цикла Карно всегда выше этих коэф- фициентов эффективности для любых других термодинами- ческих циклов тепловых машин, осуществляемых в одинако-
вом диапазоне предельных температур рабочего тела ( Т1, Т2 ). |
|
tK t , |
tK t |
Следствие VI. Изменение энтропии системы равно сумме изменений энтропии всех тел, входящих в систему (теорема аддитивности энтропии).
|
|
Q 1 |
r |
|
|
i |
r |
|
Q |
r |
|
i |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|||
dS |
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
dS |
|
||||
|
|
T T |
i 1 |
|
|
|
i 1 |
T |
i 1 |
|
|
||||||
dS |
Q |
|
Q Q |
|
Q |
|
Q |
dS |
dS , |
||||||||
T |
|
|
|
T |
|
|
T |
|
T |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
dS Q , dS Q T T
Следствие VII. Абсолютная температура равновесной термодинамической системы определяется как первая частная производная внутренней энергии или энтальпии по энтропии при постояных значениях деформационных
координат |
|
u |
h |
|
|
||||
|
T |
|
, T |
|
|
|
|
||
|
|
s v |
|
s p |
Второе начало термодинамики и его следствия
Все явления природы, связанные с превращением энергии имеют необратимый характер. Обобщающим законом необратимости процессов в природе является принцип возрастания энтропии изолированных систем. В основу второго начала термодинамики положен постулат:
работа может быть непосредственно и полностью превращена в теплоту путем трения или электронагрева.
Эти формулировка подчеркивает специфичность теплоты при ее превращениях. В теплоту полностью превращаются все виды энергии. Превращения же теплоты всегда сопровождаются процессами, компенсирующими эти превращения. В тепловом двигателе такой компенсацией является передача некоторой части теплоты источнику низшей температуры (холодному источнику); в холодильных машинах такой компенсацией являются затраты работы.
Анализ постулата второго начала термодинамики приводит к некоторым весьма важным следствиям.
Следствие I. Невозможно осуществление полного превращения теплоты работу, т.е. нельзя создать вечный двигатель второго рода (Perpetuum mobile II рода) с коэффициентом полезного
действия равным единице |
|
Q* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
1 |
|
|
|||||
|
|
* |
|
|
||
|
|
|||||
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
Следствие II. КПД реального теплового двигателя и холодильный коэффициент реальной холодильной машины, в которых осуществляются циклы при температурах внешних источников Т1 и Т2 , всегда меньше КПД и холодильного коэффициента обратимых тепловых машин, циклы в которых осуществляются между теми же внешними источниками
< обр ; |
< обр |
Следствие III. Абсолютный нуль по термодинамической абсолютной шкале температур (шкала Кельвина) недостижим ( T 0 K ).
Поскольку КПД любого теплового двигателя и даже работающего по эталонному циклу Карно всегда меньше 1
tК 1 T2 1 T1
и в случае, если горячий источник теплоты имеет положительную температуру по термодинамической абсолютной шкале температур ( T1 0 ), справедливо
утверждение
T2 0
Математическое выражение второго начала термодинамики
При наличии второго начала термостатики (принцип |
||||
существования энтропии) итоговое математическое |
||||
выражение второго начала термодинамики(принци |
||||
возрастания энтропии) в дифференциальной и интегральной |
||||
формах, как принципа возрастания энтропии систем имеет |
||||
следующий вид: |
|
|
|
|
dS |
Q* |
|
|
|
T |
|
2 Q* |
||
|
|
|||
S1,2 S2 S1 |
|
|||
|
T |
|||
|
|
|
1 |
|
Знак неравенства справедлив в случае реальных (необратимых) процессов, а равенства –обратимых процессов.
Если совместить математические выражения второго начала
термостатики |
Q* Q** |
dS Q |
|
T |
T |
и второго начала термодинамики
Q* dS T
то получается следующее соотношение:
dS Q Q* Q** Q T T T
dS QT** 0