Второй закон термодинамики

В основе II закона лежит гипотеза С. Карно (1786-1832 г.г.) о том, что необходимым условием получения работы с помощью тепловых двигателей является наличие горячего и холодного источников теплоты.

Таким образом, устанавливается, что теплота, полученная рабочим телом от горячего источника, не может быть полностью превращена в механическую работу, часть ее должна быть отдана холодному источнику теплоты.

В тепловых двигателях горячим источником служат химические реакции сжигания топлива (или ядерные реакции), а холодным источником является окружающая среда (т.е. атмосфера).

 

 

Рабочим телом служит газ или пар. Работа теплового двигателя происходит следующим образом:

 

Рис. Рис.

 

Теплота q₁ подводится к рабочему телу от горячего источника с Т₁, рабочее тело расширяется по линии 1В2 и совершает работу равную площади 1В22'1'1 (на диагр. Р-V). В непрерывно действующем тепловом двигателе этот процесс повторяется многократно, но для этого необходимо рабочее тело вернуть в исходное состояние. Этот переход можно осуществить в процессе 2А1 по кривой сжатия, лежащей ниже кривой расширения (если по линии 2В1, то работа lц=0, что бессмысленно). Работа сжатия равна площади 2А11'2'2, тогда работа цикла будет равна разности площадей работы расширения и сжатия, т. е. lц=пл. 1В2А1. в этом цикле можно выделить участок подвода теплоты q₁ (диагр. Т-S) и участок отвода теплоты q₂, соответственно площади А'А1ВВ' и А'А2ВВ'.

Таким образом, II закон можно сформулировать следующим образом «Двигатель, полностью превращающий в работу всю полученную от горячего источника теплоту не возможен»

Аналитическое выражение II закона имеет вид:

 

 

dS≥dQ/T, при dQ=0 следует, что dS≥0. (1.70)

 

Для равновесных процессов (т. е. обратимых) dS=dQ/T – в этом процессе энтропия остается постоянной (const).

Для неравновесных процессов (т. е. необратимых) dS>dQ/T – это значит, в этом процессе всегда энтропия увеличивается.