§2.28. Цикл Карно.

Карно рассмотрел цикл на двух изотерм и двух адиабат .

При изотермическом расширении 1-2 газ находится в контакте с нагревателем . Пусть при этом газ получает тепло На изотерме 3 - 4 газ отдает тепло холодильнику В соответствии с (3.1) КПД двигателя

Данный цикл является обратимым (если его проводить бесконечно медленно). Он может быть проведен в обратном направлении, и при этом газ совершает отрицательную работу, нагреватель получает обратно тепло холодильник отдает газу тепло которое он получил в прямом цикле. Именно так в принципе работает любой бытовой холодильник.

Дальнейшее рассуждения проще всего провести, изобразив цикл. Карно не на диаграмме а на диаграмме (энтропия - температура).

На этой диаграмме цикл Карно имеет вид прямоугольника.

Изотермы изображаются прямыми 1-2 и 3- 4, адиабаты – прямыми 2-3 и 4-1. Полученное тепло и равно площади под отрезком 1-2. Отданное холодильнику тепло и равно площади под отрезком 4-3. При этом площадь прямоугольника, т.е. равна работе А, совершаемой двигателем за цикл. КПД обратимых двигателей, работающих по циклу Карно, зависит от температур и нагревателя и холодильника, но не зависит ни от устройства двигателя, ни от рода рабочего вещества.

Резюме

• dQ = dU + dA

• 

• 

• PV^γ = const уравнение адиабаты

• 

• 

Л-14

§2.29. Второе начало термодинамики.

Первое начало термодинамики не указывает направление протекания термодинамических процессов. Второе начало термодинамики указывает, какие процессы в природе возможны, а какие нет. Оно определяет направление их развития.

Например, I начало Т.Д. допускает построение периодически действующего двигателя, совершающего работу за счёт охлаждения одного источника теплоты (например, океана). Такой двигатель называется вечным двигателем второго рода.

Используя понятия энтропии и неравенство Клаузиуса ∆S ≥ 0 второе начало можно сформулировать как закон возрастания энтропии замкнутой системы при необратимых процессах:

любой необратимый процесс в замкнутой системе протекает так, что энтропия системы возрастает.

Или: в процессах, происходящих в замкнутой системе, энтропия не убывает. В соответствии с формулой Больцмана возрастание энтропии означает переход системы из менее вероятных в более вероятные состояния.

Различные возможные формулировки II начала Т.Д.

1. По Кельвину:

невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу.

2. По Клаузиусу:

невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому.

Первых двух начал Т.Д. недостаточно для предсказания поведения термодинамических систем при нуле ºК. Они дополняются третьим началом термодинамики или теоремой Нернста-Планка.

Энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к нулю по мере приближения температуры к нулю ºК.

Из этой теоремы следует, что при Т = ОºК С_P = 0 и C_V = 0.