Второе начало (закон) термодинамики

Значение второго начала

Все процессы можно разбить на две группы:

1. Процессы, не требующие затраты энергии извне,

в результате которых может быть совершена работа против внешних сил – самопроизвольные процессы;

2. Процессы, для осуществления которых требуют-ся затраты энергии извне - несамопроизвольные про-цессы (подъем груза, переход тепла от горячего тела к холодному, разложение воды на водород и кислород…)

1-е начало термодинамики позволяет составить энергетический баланс системы или процесса. С помощью закона Гесса, основного закона термохимии, и его следствий, можно рассчитать тепловые эффекты как самопроизвольных и несамопроизвольных реакций, так и вообще реально не осуществимых.

2-е начало т/д-ки:

1) позволяет установить принципиальную осуществи-мость интересующего нас процесса;

2) определяет, какие из процессов в данной системе при заданных условиях могут протекать самопроизво-льно – т.е. вводит критерий самопроизвольного протекания того или иного процесса;

3) устанавливает предел самопроизвольного протека-ния того или иного процесса, т.е. состояния равновесия

4) дает возможность определить внешние условия для протекания интересующего нас процесса в нужном направлении и в нужной степени

– все это имеет большое значение для решения множества научных и технологических задач.

Второе начало термодинамики, вместе с первым началом, устанавливает точные количественные соотношения между различными макроскопическими параметрами систем в состоянии термодинамического равновесия.

Формулировка второго закона термодинамики Клаузиуса Р. (1850 г.):

а) Невозможен процесс, при котором теплота переходила бы от тел более холодных к телам более нагретым.

Для количественной оценки степени необратимости реальных процессов Клаузиус Р. (1865 г.) ввел новую т/д-кую величину, названную им «энтропия» (от греч. «поворот, превращение»).

Энтропия (S) – величина, изменение которой в ходе равновесного процесса при изотермическом сообщении системе некоторого количества теплоты равно отношению теплового эффекта этого процесса (Q, ∆Н) к абсолютной температуре (Т):

∆S > ∆Н / Т (при р,Т = const).

(При этом знак = относится к обратимым процессам, а знак > - к необратимым)

Энтропия – т/д-кая функция состояния системы, определяющая меру вероятности состояния, разупорядоченности (хаоса) системы. Как любая функция состояния, энтропия не зависит от пути процесса и определяется начальным и конечным состояниями системы.

Энтропия в разных формулировках выражает суть второго закона (начала) термодинамики.

Предложено несколько формулировок второго начала.

1. Согласно Клаузиусу Р. (1850 г.):

а) В изолированных системах (Q=0, А=0, U= сопst) самопроизвольно идут только те процессы, которые сопровождаются ростом энтропии системы, т.е. ∆S > 0.

Иначе: изолированная система всегда стремится достичь состояния с максимальной энтропией (максимальным беспорядком), т.е состояния термодинамического равновесия.

б) Любой самопроизвольный процесс протекает в направлении, при котором система переходит из менее вероятного состояния в более вероятное, сопровождающееся увеличением энтропии, т.е.

∆S > 0.