Второе начало термодинамики.

Нулевое начало термодинамики. Для каждой термодинамической системы существует состояние термодинамического равновесия, которого она достигает самопроизвольно при фиксированных внешних условиях.

Термодинамические процессы.

Бригадная (кросс-функциональная) структура управления

В предыдущих параграфах, рассматривая различные процессы, происходящие с идеальным газом, предполагалось, что во всех точках данного объёма газа его давление, плотность и температура одинаковы, что возможно лишь в случае, когда термодинамическая система находится в состоянии теплового равновесия (равновесное состояние). Определение равновесного состояния было дано ранее (см. § 3 главы 1). Напомню его еще раз.

Равновесным состоянием термодинамической системы (состоянием теплового равновесия) называется такое состояние, при котором все параметры состояния системы имеют определенные значения, остающиеся при неизменных внешних условиях постоянными сколь угодно долго.

В противном случае состояние системы будет неравновесным.

Тепловое равновесие является динамическим равновесием, что означает, что хотя отдельные частицы, входящие в термодинамическую систему, движутся и обмениваются энергией, в целом параметры системы не меняются.

Если в системе происходят какие-либо процессы, состояние равновесия, вообще говоря, нарушается. Рассмотрим следующий пример.

В длинной трубе, закрытой с одного конца и снабженной поршнем с другого конца находится воздух. При любом небольшом перемещении поршня состояние газа в трубе станет неравновесным, т.к. давление в точках, находящихся рядом с поршнем окажется больше, чем в других точках трубы. Возникает волна давления, которая движется по трубе туда и обратно и в конечном итоге спустя некоторое время затухает и в трубе устанавливается состояние равновесия, но уже с несколько другими параметрами состояния.

Время, в течение которого нарушенное состояние равновесия в термодинамической системе вновь восстанавливается, называется временем релаксации.

Термодинамический процесс, состоящий из непрерывной последовательности равновесных состояний, называется квазистатическим или равновесным процессом.

Равновесный процесс должен происходить настолько медленно, что время его протекания много больше времени релаксации.

Все рассмотренные ранее процессы, в том числе и адиабатический, являются равновесными. На графиках термодинамических величин можно изобразить в виде некоторой кривой только равновесные процессы; каждая точка этой кривой отвечает определенному равновесному состоянию.

В термодинамике, помимо равновесных процессов, большую роль играют также обратимые процессы.

Обратимыми процессами называют процессы перехода системы из одного равновесного состояния в другое, которые можно провести в обратном направлении через ту же последовательность промежуточных равновесных состояний. При этом сама система и окружающие тела возвращаются к исходному состоянию.

Всякий процесс, не удовлетворяющий хотя бы одному из этих условий, является необратимым.

Примеры обратимых процессов.

1. Обратимыми процессами являются процессы, протекающие в системах, где действуют только консервативные силы. Например, падение упругого шарика на упругую поверхность, колебания маятника в вакууме, и т.д.

2. Все равновесные тепловые процессы также обратимы.

 

Рассмотренные выше примеры обратимых процессов на самом деле являются лишь идеализацией реальных процессов. В природе не существует строго консервативных систем (в любой реальной системе всегда действуют силы трения). Кроме того, не может быть также чисто равновесных процессов, ибо все тепловые процессы протекают не бесконечно медленно, а с конечной скоростью. Что позволяет сделать следующий вывод: