Энтропия при изотермическом процессе

т.к. ;

Энтропия при изобарном процессе:
т.к. Р₁ = Р₂;

Изменение энтропии

По аналогии с интегралом работы было получено выражение для подсчета количества теплоты в ТДП. Для этого был введен параметр состояния системы – энтропия.

Энтропия является функцией состояния. Ее изменение в пределах процесса определяется как разность конечного и начального значений. Также как внутренняя энергия она определяется с точностью до произвольной постоянной. В ТДП нужно знать только ее изменение. Энтропия, и ее изменение не поддается физическому определению и измерению, а является расчетной величиной.

Билет№ 29

Второе начало термодинамики можно сформулировать как закон возрастания энтропии замкнутой системы при необратимых процессах: любой необратимый процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает.

Можно дать более краткую формулировку второго начала термодинамики: в процессах, происходящих в замкнутой системе, энтропия не убывает.

Укажем еще две формулировки второго начала термодинамики:

1) по Кельвину: невозможен круговой прогресс, 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.

Первое и второе начала термодинамики дополняются третьим началом термодинамики, или теоремой Нернстах — Планка: энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к нулю по мере приближения температуры к нулю кельвин:

Третье начало термодинамики позволяет находить абсолютное значение энтропии, что нельзя сделать на основе первого и второго начал термодинамики dS=(∂S/∂x)T =0 => dS=∂Q/T

Билет № 30

Модель тепловых машин

Нагреватель

Q1,∆S Q2,∆S

• Тепловой машиной называется периодический действующий двигатель, совершающий работу за счет получаемого извне тепла. Любая тепловая машина работает по принципу циклического процесса. Но чтобы при этом была совершена полезная работа, возврат должен быть произведен с наименьшими затратами.
• Полезная работа равна разности работ расширения и сжатия.
• Обязательными частями тепловой машины являются нагреватель (источник энергии), холодильник, рабочее тело (газ, пар).
• От тела температурой Т₁, (нагреватель), за цикл отнимается количество теплоты Q₁, а телу с более низкой температурой Т₂, (холодильнику), за цикл передается количество теплоты Q₂ и совершается работа A.

Ввечный двигатель первого рода —периодически действующий двигатель, который совершал бы большую работу, чем сообщенная ему извне энергия, невозможен (одна из формулировок первого начала термодинамики).

Вечный двигатель второго рода —периодически действующий двигатель,

совершающий работу за счет охлаждения одного источника теплоты, — невозможен. Для иллюстрации этого положения рассмотрим работу теплового двигателя (исторически второе начало термодинамики и возникло из анализа работы тепловых двигателей).

Тепловые двигатели

Принцип действия теплового двигателя приведен на рис. 87. От термостата 1 с более высокой температурой Т1 называемого нагревателем, за цикл отби-

рается количество теплоты Q1 а термостату с более низкой температурой Т2,называемому холодильником, за цикл передается количество теплоты Q2, при этом совершается работа А = Q1 – Q2

Холодильные машины

Процесс, обратный происходящему в тепловом двигателе, используется в

холодильной машине, принцип действия которой представлен на рис. 88.

Системой за цикл от термостата с более низкой температурой T2 отбирается количество теплоты Q2 и отдается за цикл термостату с более высокой температурой Т1 количество теплоты Q1.

Для кругового процесса, согласно (56.1), Q = А, но, по условию,

Q = Q2 — Q1 < О, поэтому А < 0 и Q2 — Q1= —А или Q1= Q2 + А, т.е. количество теплоты Q1 отданное системой источнику теплоты при более высокой температуре Т1 и больше количества теплоты Q2, полученного от источника теплоты при более низкой температуре Т2 на величину работы, совершенной над системой. Следовательно, без совершения работы нельзя отбирать теплоту от менее нагретого тела и отдавать ее более нагретому. Это утверждение есть не что иное, как второе начало термодинамики в формулировке Клаузиуса.

Тепловые насосы

Обратный цикл Карно положен в основу действия тепловых насосов. В отличие от холодильных машин тепловые насосы должны как можно больше тепловой энергии отдавать горячему телу, например системе отопления. Часть этой энергии отбирается от окружающей среды с более низкой температурой, а часть получается за счет механической работы, производимой, например, компрессором.