Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Физика / 3._____________

.pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
05.02.2016
Размер:
362 Кб
Скачать

 

 

В.М.Клименко. Термодинаміка

 

 

 

 

 

 

 

 

95

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TVγ−1 =const , PT

1−γ

= const .

(5)

 

 

 

 

 

 

Робота розширення газу від V1

до V2

 

при адіабатичному процесі

 

може бути одержана з першого начала δQ=dU+δA=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δA=-dU.

(6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В інших виразах роботу можна знайти прямим обчисленням

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

νRT A = (PV) .

 

 

 

 

A = 2PdV = −∆U

A = -

(7)

 

 

 

 

 

 

 

V1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

1 − γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 3. Характеристики ізопроцесів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Назва

Рівняння

 

 

Зв'язок між

 

Робота в процесі

Тепло,

 

процесу

процесу

 

параметрами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

передане в

 

 

 

 

 

 

 

 

стану

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

процесі

Ізохорний

V = const

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ

 

 

 

 

 

 

 

= const

 

δA = 0, A = 0

 

 

 

 

 

 

 

Q = CVdT,

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q=CV(T2 - T1)

Ізобарний

p = const

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ

 

 

 

 

 

 

 

= const

 

A = pdV,

 

 

 

 

 

 

 

Q = CpdT,

 

 

 

 

T

 

 

A = p(V2 - V1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q=Cp(T2 - T1)

Ізотермічний

T = const

pV = const

 

δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ

δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = pdV,

 

 

 

 

 

 

 

Q =

A,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = νRTln(

V2

),

 

 

 

 

Q = A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = νRTln(

P1

 

),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Адіабатний

δ

PV

γ

= const

 

δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ

 

 

 

 

Q = 0

 

 

A = pdV = - dU

Q = 0,

 

 

 

 

 

 

 

γ

 

 

 

 

 

 

 

 

A = - U = CV(T1 - T2)

Q = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PT1−γ = const

 

 

 

 

 

A =

P1V1 −P2V2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TV

(γ- 1)

=const

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ −1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

νRT

 

 

 

 

 

P2

 

γ −1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A =

 

[1−(

) γ ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ −1

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A =

 

P1V1

[1−(

V2

)1−γ ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ −1

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

§ 74. Теплоємність ідеального газу

Теплоємністю С тіла називається відношення елементарного тепла δQ, переданого тілу, до відповідної величини зміни температури тіла dT

C =

δQ

=

dU + δA

 

(1)

dT

dT

 

 

 

 

В.М.Клименко. Термодинаміка 96

C ==

i

νR + P dV

(2)

 

2

dT

 

і вона чисельно дорівнює теплоті, необхідній для збільшення температури

тіла на 1К. Питома теплоємність с теплоємність одиниці маси речовини

с = С/m, а молярна c c = C .

 

 

 

 

 

ν

 

 

 

 

Теплоємність при сталому об'ємі позначається як CV

(система не

виконує роботи pdV=0) і може бути обчислена з (2)

 

 

CV =

i

νR .

(3)

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Внутрішня енергія газу можна записати через CV

 

 

U =

i

νRT =CVT .

(4)

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Теплоємність при сталому тискові позначається як CP

і може бути

обчислена з (2) при врахуванні (3) так

 

 

 

 

CP =CV + P dV = CV +

d(PV)

 

 

dT

 

 

 

 

 

dT

 

 

 

CP =CV + νR .

Ми знайшли d(pV) із рівняння Клапейрона-Менделєєва, врахувавши, що

P=const,

 

 

 

 

 

 

d(PV)

= νR.

 

 

 

Знайдемо відношення CP до CV

 

dT

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CP

 

CV + νR

 

 

νR + νR

i + 2

 

 

 

 

 

 

2

.

(5)

 

 

=

 

=

 

 

 

 

 

 

=

 

 

CV

CV

 

 

 

i

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

νR

 

 

 

 

 

З (5) видно, що стала адіабати γ може бути представлена через відношення теплоємностей при сталому тискові і при сталому об'ємі так

γ= i + 2 = CP .

iCV

§75. Теплові двигуни та холодильні машини

Робоче тіло термодинамічна система, що здійснює процес і призначена для перетворення одної форми енергії теплоти або роботи в іншу. У тепловому двигуні робоче тіло, одержавши енергію у формі тепла, частину її передає зовні у формі роботи.

Нагрівачем називається термодинамічна система, що передає іншій

В.М.Клименко. Термодинаміка 97

термодинамічній системі енергію у формі тепла Q1.

Холодильником називається термодинамічна система, що одержує від досліджуваної системи енергію у формі тепла

Q2 .

Робота проти зовнішнього тиску, що здійснюється системою в оборотному круговому процесі, вимірюється площею, обмеженою кривою цього процесу на діаграмі P-

V. Дійсно,

на

шляху від V1 до V2 система

V

 

 

виконує роботу A12 = 2PdV , а на шляху від V2 до V1 робота виконується із

V1

 

 

 

V

 

зовні над системою і вона дорівнює A21 = 1PdV . В підсумку робота системи

за цикл дорівнює

V2

 

 

 

V

V

 

A = A12 + A21 = 2PdV + 1PdV = PdV .

V1

V2

121

Прямий цикл круговий процес, у якому система виконує додатну роботу А>0, обхід замкненої кривої проводиться за годинниковою стрілкою. У противному випадку цикл називається зворотнім.

За визначенням, термічним коефіцієнтом корисної дії (ККД)

нагрівача ηt називається відношення теплового еквівалента роботи A, яку виконує робоче тіло в прямому круговому процесі, до суми всього тепла Q1, яке при цьому передається робочому тілу нагрівачем

ηt = A = Q1 − Q2 .

Q1 Q1

ККД холодильної установки ε дорівнює відношенню кількості тепла Q2, забраного від охолоджуваного тіла, до теплового еквівалента роботи А, що витрачається при цьому

ηхол =

Q2

=

Q2

.

A

 

 

 

Q1 Q2

Холодильна установка працює у зворотному напрямі до теплової машини.

§ 76. Цикл Карно

Цикл Карно є прямий оборотний круговий процес, що складається з двох оборотних ізотермічних процесів 1 1' із

В.М.Клименко. Термодинаміка 98

температурою Т1 i 2 - 2' із температурою Т2 та двох оборотних адіабатних процесів 1' 2 i 2 1. У процесі 1 1' робоче тіло одержує від нагрівача тепло Q1, а в процесі 2 2' віддає холодильнику тепло Q2 . В циклі Карно

тепловий двигун може виконати роботу, еквівалентну лише частині одержаного від нагрівача тепла, а решту тепла витрачає для повернення у вихідний стан 1 із ненульовою роботою, шляхом передачі тепла холодильнику.

Теорема Карно: термічний ККД ηt оборотного циклу Карно не

залежить від природи робочого тіла і є функцією лише абсолютних температур нагрівача T1 та холодильника T2

ηt =

T1 T2

.

(1)

 

 

T1

 

Щоб довести цю теорему, розглянемо процес теплопередачі в циклі. На дільниці 1 1' процес ізотермічний з розширенням від V1 до V1' і за першим началом для ізотермічного процесу A11' =Q1 . З іншого боку, робота системи

на цій дільниці

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V1'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

11'

RT ln

 

 

= Q .

 

 

(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

V1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На дільниці 1' 2 процес адіабатичний з розширенням від V1' до V2

без теплообміну,

тобто

 

Q1'2

=0 . Стан 1'

 

та

стан 2 мають об'єми та

температури, що зв'язані рівнянням адіабати

 

 

 

 

 

 

 

T Vγ−1

=T V

γ−1 ,

 

 

(3)

 

 

 

 

 

1

1'

 

 

 

2 2'

 

 

 

 

а робота, яку виконує газ при роширенні знайдемо з рівняння A=(U2-U1)

 

 

A

1'2

=

i

 

νR(T

T )

 

 

(4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На дільниці 2 - 2' процес ізотермічний із зменшенням об'єму від V2 до

V2’' і запершим началом A22' =Q2 = −| Q2 |. Робота системи на цій дільниці

A

22'

RT ln

V2'

= Q

2

= −| Q

2

| .

(5)

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

V2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На дільниці 2' 1 процес адіабатичний із зменшенням об'єму від V2' до V1 без теплообміну, тобто Q2'1=0 . Стан 2' та стан 1 мають об'єми та

температури, що зв'язані рівнянням адіабати

 

T Vγ−1

=T Vγ−1

(6)

1 1

2 2'

 

а робота, яку виконує газ у цьому процесі знайдемо з рівняння A=(U1-U2) A2'1 = 2i νR(T1 T2 ) = −A1'2 . (7)

З рівнянь (3) та (6) одержимо

В.М.Клименко. Термодинаміка 99

 

V

 

 

γ−1

 

 

V

 

γ−1

 

1'

 

 

 

 

=

2

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2'

 

 

 

V1'

 

=

 

V2

.

 

 

(8)

 

V

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2'

 

 

 

 

Кількість теплоти, одержаної системою в циклі, зважаючи на (4) та (7) є

Q =Q1 + Q1'2 + Q2 + Q2'1 =Q1 + Q2 .

(9)

Робота, виконана системою, дорівнює

 

 

 

А= νRT1ln(

V1'

) - νRT2ln(

V2

),

(10)

V

V

 

 

 

 

1

 

2'

 

 

тому що

 

 

 

 

A = A11'

+ A1'2 + A22' + A2'1

A RT1 ln V1' V1

+

i

νR(T

T ) + νRT ln

V2'

 

 

2

2

1

2

V2

 

 

 

A RT1 ln V1' + νRT2 ln V2' V1 V2

A R(T1 T2 )ln V1'

V1

+ 2i νR(T1 T2 )

(11)

Коефіцієнт корисної дії теплової машини за цикл з урахуванням (11) та (2) визначимо так

η

t

=

A

=[νR(T T )ln

V1'

]/[νRT ln

V1'

]

 

 

 

 

 

1

2

 

V1

1

V1

 

 

 

 

Q1

 

 

 

 

 

 

 

 

ηt =

T1

T2

.

 

(12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T1

 

 

 

 

Термічний

 

коефіцієнт

корисної

дії будь-якого необоротного

кругового процесу ηt,н завжди менше коефіцієнта корисної дії ηt

оборотного кругового процесу, при однакових температурах нагрівача й холодильника.

Для оборотного циклу величина ηхол залежить лише від співвідношення температур нагрівача та холодипьника. Для зворотного

циклу Карно ηхол = T1 T2T2 і є максимальним по відношенню до циклу з необоротними процесами.

§ 77. Ентропія

1. Ентропія S системи за Клаузіусом є функція стану системи, диференціал якої в елементарному оборотному процесі дорівнює відношенню нескінченно малої кількості тепла δQ, переданого системі, до її

В.М.Клименко. Термодинаміка

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

абсолютної температури

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dS =

δQ

.

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для ідеального газу

 

 

 

 

 

 

νRT

 

 

δA = PdV = νRT dV

 

δQ = dU + δA, dU = νCVdT, P =

,

,

тому

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dT

+ R

dV

 

 

dS = ν CV

 

T

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dS = ν(CVdln T + Rd ln V),

 

 

(2)

 

а зважаючи на те що

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PV = νRT, lnP + lnV = ln(νR) + ln T

 

dlnV = dln T - dlnP, CP = CV + R

 

маємо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dT

R

 

dP

 

,

 

dS = ν CP

 

T

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dS = ν(CPd lnT Rd ln P) .

 

 

(3)

 

Аналогічно можна одержати ще й такий вираз для ентропії

 

 

 

 

 

dV

 

 

 

 

 

dP

 

dS = ν C

 

 

 

 

 

 

+ C

 

 

 

 

,

 

P V

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

dS = ν(CPd ln V + CVdln P).

(4)

 

Для одноатомних газів CP та CV не залежать від Т і після інтегрування (2-4) одержимо три вирази для ентропії

S = ν(C

 

 

lnT + R ln V)

+ S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T2

 

 

 

 

V2

 

 

 

V

0

, S = ν C

ln

 

 

+ Rln

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T1

 

 

 

V1

 

S = ν(C

 

lnT R ln P) + S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

P

 

 

 

P

0

, S = ν C

P

ln

2

 

Rln

 

2

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T1

 

 

P1

 

S = ν(C

 

ln V + C

 

ln P) + S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

P

 

 

 

 

P

V

0

, S = ν C

P

ln

 

2

 

+ C

V

ln

 

 

2

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де S0 стала інтегрування.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V1

 

 

 

 

P1

 

 

Фізичний зміст

 

має

приріст

 

 

 

ентропії у

термодинамічному процесі S = S S0 S, а тому величина S0

є не суттєвою.

Для адіабатичного оборотного процесу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δQ=0, dS=0, S=const

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

і тому цей процес називають ще й ізоентропійним.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При ізотермічному оборотному процесі T = const і

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S = νR ln

V2

= νR ln

P1

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В.М.Клименко. Термодинаміка

101

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при ізобаричному процесі P =const і

 

 

 

 

 

 

 

S CP ln

T2

 

CP ln

V2

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T1

 

V1

 

при ізохоричному процесі V =const і

 

 

 

 

 

 

 

S CV ln

T2

CV ln

P2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T1

 

 

P1

 

Якщо в циклі Карно записати роботу через теплоту, то для коефіцієнта

корисної дії одержимо такі співвідношення

 

 

 

 

 

 

 

ηt =

A

=

Q1 + Q2

=

T1 − T2

,

 

 

 

 

 

 

Q1

 

Q1

T1

 

з яких випливає, що за цикл

Q1 + Q2 = 0 . T1 T2

Останній вираз визначає приведену теплоту циклу Карно. Тепер для ентропії за цикл маємо

 

= Q

=

δQ

1'

δQ

 

2

δQ

2'

δQ

 

1

δQ

 

 

S

=

+

+

+

,

 

 

T

 

 

 

T

1

T

 

1'

T

2

T

 

 

2'

 

T

 

 

і остаточно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1'

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S =

Q

1

 

 

 

1

 

 

Q

+

 

Q

 

,

T =

 

T

δQ + 0 +

T

 

δQ + 0 =

 

T

 

T

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1 1

 

 

2

2'

 

 

 

1

 

 

2

 

S = 0 .

Якщо цикл відбувається за необоротними процесами 1-1' i 2-2', то не вся теплота переходить у роботу i Q1+Q2>А в циклі Карно, тобто

Q1 + Q2 > A = T1 − T2 ,

Q1 Q1 T1

і

S = Q1 + Q2 >0 .

T1 T2

Взагальному випадкові маємо

=S = Q1 + Q2 0 , T1 T2

де знак рівності відноситься до циклу з оборотними процесами, а знак >0 відноситься до циклу з необоротних процесів. Для довільного елементарного термодинамічного процесу

dS ≥ δQ / T .

2. Ентропія за Больцманом. Поняття ентропії з молекулярно-кінетичної точки зору розглянув Больцман. Увівши термодинамічну ймовірність макроскопічного стану системи , Больцман визначив ентропію системи так

S = k lnΩ +S0 ,

В.М.Клименко. Термодинаміка 102

де S0 - деяка константа, k - стала Больцмана..

Термодинамічною ймовірністю називається число можливих мікростанів системи, які створюють даний макростан, тобто показує скількома способами на мікрорівні може бути реалізовано заданий кількісний розподіл частинок системи, наприклад, по об'єму та швидкостям, причому Ω≥1. Розглянемо це визначення докладніше на такому прикладі. Нехай система складається з 4 пронумерованих частинок. Для визначення макростану системи, зокрема, розташування частинок у її об'ємі V, поділеному навпіл, задамо кількість частинок у лівій і правій його половинках, як це показано в таблиці. Кожний з макростанів може реалізуватися певним розташуванням пронумерованих частинок. Кількість цих реалізацій і є термодинамічною ймовірністю. З таблиці видно, що зростає при переході системи до рівноважного стану (однакове число частинок в обох половинках) і має максимум у ньому. Це означає, що ентропія системи є сталою для рівноважних процесів і зростає для всіх інших, тобто для довільного елементарного термодинамічного процесу

 

 

 

dS

δQ

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

В загальному випадку з визначення ентропії за Больцманом, можна

одержати усі співвідношення, які випливають із визначення ентропії за

 

Клаузіусом.

 

Таблиця 4. Визначення термодинамічної ймовірності

 

 

 

№ п/п

 

Макростан

 

 

 

Мікростан

 

(указує кількість частинок)

 

(указує, де і які саме частинки за

 

 

 

 

 

 

номерами там знаходяться)

 

 

ліворуч

 

праворуч

 

ліворуч

 

праворуч

 

1

0

 

4

 

-

 

1,2,3,4

1

2

1

 

3

 

1

 

2,3,4

 

 

 

 

 

 

2

 

1,3,4

4

 

 

 

 

 

3

 

1,2,4

 

 

 

 

 

 

4

 

1,2,3

 

3

2

 

2

 

1,2

 

3,4

 

 

 

 

 

 

1,3

 

2,4

 

 

 

 

 

 

1,4

 

2,3

 

 

 

 

 

 

3,4

 

1,2

6

 

 

 

 

 

2,4

 

1,3

 

 

 

 

 

 

2,3

 

1,4

 

4

3

 

1

 

2,3,4

 

1

 

 

 

 

 

 

1,3,4

 

2

4

 

 

 

 

 

1,2,4

 

3

 

 

 

 

 

 

1,2,3

 

4

 

5

4

 

0

 

1,2,3,4

 

-

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 78. Другий закон (начало) термодинаміки

В.М.Клименко. Термодинаміка 103

Другий закон термодинаміки можна сформулювати такими еквівалентними положеннями:

неможливо створити вічний двигун другого роду, тобто двигун, що отримує тепло від нагрівача і перетворює його у рівну кількість механічної енергії,

неможливий процес, єдиним результатом якого є перетворення тепла, одержаного від нагрівача, в еквівалентну йому роботу.

неможливий процес, єдиним результатом якого є передача енергії у формі тепла від холодного тіла до гарячого,

неможливий круговий процес, єдиним результатом якого було б виконання роботи за рахунок охолодження робочого тіла,

в замкненій системі ентропія може лише зростати або залишаться сталою.

Основне співвідношення термодинаміки, що об'єднує в собі перший

ідругий закони термодинаміки має вид

TdS dU + δA,

де знак рівності відноситься до оборотного процесу.

§ 79. Третій закон (начало) термодинаміки

За гіпотезою Планка при абсолютному нулі температури внаслідок квантового характеру процесів, які відбуваються в довільній системі при низьких температурах за умов її стійкої рівноваги, є тільки один мікростан, тотожній макростанові системи і =1. В цьому випадку початкова ентропія

S0=kln= 0.

Третій закон термодинаміки за Нернстом: в довільному ізотермічному процесі, який проведено при абсолютному нулі температури, приріст ентропії ST = 0 = 0, незалежно від можливої зміни

будь - яких інших параметрів системи (тиск, об'єм і т. п. ).

Соседние файлы в папке Физика