Второе начало термодинамики. Энтропия

2-го начало термодинамики:

Невозможен процесс, единственным конечным результатом которого был бы переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому. (Клаузиус)

Это значит, что теплота “сама собой” не может переходить от более холодного тела к более нагретому. Для этого необходим компенсирующий процесс – совершение работы.

2-е начало термодинамики указывает на неравноценность двух форм передачи энергии – работы и теплоты. Этот закон показывает, что процесс перехода упорядоченного движения тела как целого в неупорядоченное движение его молекул необратим. Упорядоченное движение может переходить в неупорядоченное без каких-либо дополнительных процессов (например, при внутреннем трении). Обратный переход возможен лишь при условии, что он сопровождается каким-либо компенсирующим процессом.

Введем понятие энтропии.

Согласно Клаузиусу приведенное количество тепла – это отношение количества тепла , полученного термодинамической системой от какого-либо тела (нагревателя), к температуре этого тела

.

Можно показать, что для любого обратимого цикла приведенное количество тепла, сообщаемое системе на всех участках цикла, равно нулю

(4.44)

Отсюда следует, что стоящее под интегралом выражение , в отличие от , является полным дифференциалом некоторой функции , которая называется энтропией системы

. (4.45)

Величины и имеют один и тот же знак, поэтому по характеру изменения энтропии можно судить о направлении процесса теплообмена: при нагревании системы ее энтропия возрастает, при охлаждении – убывает.

Поскольку величина является полным дифференциалом, изменение энтропии при всяком обратимом, но не круговом процессе, не зависит от вида процесса, а зависит только от начального и конечного состояний системы. Следовательно, энтропия – функция состояния.

,

где - приращение энтропии.

Энтропия идеального газа возрастает с ростом температуры и объема газа . В частности, если процесс круговой, то и , следовательно, , т.е. энтропия не изменяется.

При адиабатном процессе и, значит, , т.е . Это значит, что энтропия системы не меняется. Другими словами, адиабаты – это линии равной энтропии – “изэнтропические” линии.

Количественное выражение 2-го начала термодинамики (принцип возрастания энтропии: энтропия изолированной системы может только возрастать (если в системе протекает необратимый процесс) или оставаться постоянной (если в системе протекает обратимый процесс))

, .

Электричество

Электрический заряд. Закон Кулона

Электрический заряд – это свойство элементарных частиц. Присутствие этих частиц, например, электронов, в каком-либо макроскопическом теле и делает его заряженным.

Точечный электрический заряд – это заряженное тело, размеры которого много меньше расстояния до других тел.

Закон Кулона: сила взаимодействия двух точечных зарядов прямо пропорциональна величинам зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Сила направлена вдоль линии, соединяющей заряды

В вакууме в системе СИ закон кулона:

(5.1)

ε₀ = 8,85 • 10^-12 Ф/м – электрическая постоянная.

- радиус-вектор, соединяющий заряды.