Контрольные вопросы.
1. Как оценивается степень совершенства прямого цикла Карно?
А. Температурой. В. Энтальпией. С. Коэффициентом полезного действия.
2. Что соответствует адиабатному расширению газа, когда его внутренняя энергия уменьшается?
А. Понижение температуры. В. Повышение температуры. С. Постоянство температуры.
1.4.15. Энтропия как параметр термодинамической системы.
В 1850 году немецкий учёный Клаузиус впервые предложил для установления связи между количеством тепла и температурой особую функцию, названную энтропией, которая в отличие от теплоёмкости обладает свойствами параметра состояния:
кДж/(кг·К).
При рассмотрении термодинамических процессов в качестве параметров состояния рабочего тела использовались его температура, давление, удельный объём, внутренняя энергия и энтальпия. Однако с их помощью нельзя графически изображать количества тепла, участвующее в том или ином процессе, как это делалось применительно к работе, изображавшейся в р, v-диаграмме. В связи с этим в термодинамике пользуются ещё одним параметром состояния рабочего тела ― энтропией.
Эта величина обладает особыми свойствами и является мерой необратимости процессов, а также мерой снижения работоспособности изолированной системы.
Термический
КПД обратимого цикла Карно равен:
,
откуда:
или
и
Однако
нам известно, что подводимая теплота
q1
― величина положительная, а отводимая
q2
―
величина отрицательная. Тогда:
.
Отношение теплоты к абсолютной температуре, при которой она подводится к телу или от него отводится, называется приведённой теплотой. Поэтому для обратимого цикла Карно алгебраическая сумма приведённых теплот равна нулю. Это будет справедливо для любого обратимого процесса.
Одним из особых свойств энтропии является то, что изменение энтропии системы, которая состоит из горячего источника, рабочего тела и холодильника, в результате прохождения обратимого цикла равно нулю. Энтропия изолированной системы остаётся постоянной.
Таким образом, чтобы вычислить изменение энтропии в каком-либо процессе, нужно из значения энтропии в конечном состоянии вычесть значение энтропии в начальном состоянии вещества. Введение нового параметра состояния ― энтропии позволяет упростить многие расчёты, ввести Т, s-диаграмму, которая является весьма удобной для анализа процессов и циклов.
На основании вышесказанного можно сделать следующие выводы:
1. Когда в изолированной системе протекают обратимые процессы, то общее изменение её энтропии равно нулю.
2. Когда в изолированной системе протекают наряду с обратимыми и необратимые процессы, то общее изменение энтропии её больше нуля.
Неправильно распространив эти положения на всю Вселенную, Клаузиус пришёл к выводу о том, что в результате постоянно происходящих в природе необратимых термодинамических процессов, сопровождающихся непрерывным возрастанием энтропии, должна наступить «тепловая смерть», которая выразится в прекращении протекания всех процессов. Это утверждение Клаузиуса было опровергнуто другими учёными, которые показали, что во Вселенной происходили до сих пор и продолжают происходить процессы возрождения и концентрации энергии. Примером может служить образования в нашей астральной системе новых звёзд.