Закономерности. Такой зависимостью является второй закон термодина-

Мики.

Второй закон термодинамики устанавливает условия, при которых

Возможно протекание процесса, и указывает направление, в котором будет

Протекать данный процесс. Он определяет также условия достижения термо-

Динамического равновесия в системе и способ получения максимальной

Работы в ходе проведения процесса.

Существует несколько формулировок второго закона термодинамики.

Из них наибольшее значение для технической термодинамики имеют форму-

Лировки Планка и Клаузиуса.

В соответствии с формулировкой Планка:

Не может быть создана тепловая машина периодического

Действия, которая производила бы механическую работу только за счет

Теплоты, получаемой от горячего источника теплоты.

Для функционирования такой машины необходимо наличие двух

Источников теплоты, имеющих разные температуры, т. е. необходимо не

Только сообщить рабочему телу некоторое количество теплоты, но обяза-

Тельно и отобрать у него определенную теплоту. При этом в полезную работу

Преобразуется лишь разность между указанными количествами теплоты.

В соответствии с формулировкой Клаузиуса:

Процесс передачи теплоты от тела с меньшей температурой к

Телу с более высокой температурой не может протекать самопроиз-

Вольно.

Действительно такой процесс возможен и осуществляется на практике

В холодильных установках, однако для его осуществления должна быть

Затрачена внешняя энергия в форме механической работы. Самопроизвольно

Протекает процесс передачи тепла от тела с большей температурой к телу с

Меньшей температурой, который, следовательно, является необратимым

Процессом.

Для практического использования удобна также следующая формули-

ровка:

Существует экстенсивная функция состояния термодинамической

Системы, называемая энтропией (S). При протекании в изолированной

Системе обратимых процессов эта функция остается неизменной, а при

Необратимых – увеличивается.

Понятие энтропии было введено в термодинамику Клаузиусом, кото-

Рый показал, что изменение энтропии обусловлено количеством теплоты,

которое получает система из окружающей среды:

T

dS ≥ δQ, (1.17)

Где знак равенства имеет место для обратимых (равновесных), а неравенства

_ при необратимых (неравновесных) процессах.

Источником необратимого процесса является любой процесс, связан-

Ный с необратимым превращением работы в теплоту (расширение системы

При существовании конечной разности давлений между ней и окружающей

Средой, теплопередача при разных температурах, наличие трения в системе и

Др.).

Если выражение (1.17) применить к термически изолированной систе-

Ме, т. е. к системе, которая не обменивается теплотой с окружающей средой,

и для которой, следовательно, приведенная теплота δQ равна нулю, то для

таких систем получим: dS ≥ 0.

Это означает, что в термически изолированных системах при проте-

Кании в них обратимых (равновесных) процессов изменение энтропии равно

Нулю, а в случае необратимых процессов энтропия возрастает.

Так как энтропия является функцией состояния системы и следователь-

Но ее изменение не зависит от пути протекания процесса, можно любой

Реальный процесс рассматривать, как протекающей обратимо, и для расчета

изменения энтропии, с учетом уравнения (1.17), использовать равенство:

dS = dQ / T, [Дж/К]

или для удельной величины изменения энтропии:

ds = dq / T. [Дж/(кгｷК или Дж/(мольｷК)] (1.18)

Энтропию можно представить как функцию основных параметров

состояния системы:

s = f1(p,v) ; s = f2(p,T) ; s = f3(v,T) . (1.19)

Подставляя выражение ((1.18)) в (1.9), получаем обобщенную форму

записи первого и второго законов термодинамики:

dq =Tds = du + pdv (1.20)

Следует отметить, что, как следует из

Выражения (1.20), знак изменения энтропии

В обратимом процессе совпадает со знаком

Теплоты, поскольку абсолютная температура

Всегда положительна. Следовательно, воз-

Растание энтропии соответствует случаю,

Когда система получает теплоту, а если

Система отдает теплоту в окружающую

Среду, ее энтропия уменьшается.

Для анализа различных термодинами-

Ческих процессов часто используют график,

На котором по оси абсцисс откладывают

энтропию, а по оси ординат _ абсолютную температуру. Такой график

называют диаграммой Т _ s. На рис. 1.2 на диаграмме Т _ s представлен

Процесс, в котором подвод теплоты сопровождается повышением темпера-

Туры рабочего тела.