ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Общая характеристика и исходная формулировка второго начала из "Термодинамика и статистическая физика " Первое начало термодинамики, как мы видели, устанавливает существование у всякой системы однозначной функции состояния — внутренней энергии, которая не изменяется в отсутствие внеш них воздействий при любых процессах внутри системы. [c.40] Второе начало термодинамики устанавливает существование у всякой равновесной системы другой однозначной функции состояния — энтропии, -которая, однако, в отличие от внутренней энергии не изменяется у изолированной системы только при равновесных процессах и всегда возрастает при неравновесных процессах аналогично ведет себя энтропия и адиабатных систем. [c.40] Таким образом, если первое начало есть закон сохранения и превращения энергии (его количественная сторона) а применении к термодинамическим системам, то второе начало представляет С0 б0й закон об энтропии. [c.40] Открытие второго начала связано с анализом работы тепловых машин, чем и определяется его исходная формулировка. Впервые работа тепловых машин была теоретически рассмотрена в 1824 г. Сади Карно, который в своем исследовании Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эти силы , доказал, что КПД тепловых машин, работающих по предложенному им циклу (циклу Карно), не зависит от природы вещества, совершающего этот цикл. Позднее Клаузиус и В. Томсон, по-новому обосновывая эту теорему Кар но, почти одновременно положили основание тому, что теперь входит в содержание второго начала. [c.40] Изменение состояния рабочего тела (если процесс незамкнутый) или отдача части теплоты рабочим телом другим телам изменение термодинамичеокого состояния этих тел при круговом-процессе превращения теплоты в работу называется компенса- цией. Результаты опытов показывают, что без компенсации ни один джоуль теплоты в работу превратить нельзя. В то же самое-время работа в теплоту превращается полностью без всякой компенсации. [c.41] Такая неравноправность превращения теплоты в работу пО сравнению с превращением работы в теплоту приводит к односторонности естественных процессов самопроизвольные процессы в замкнутой системе идут в направлении исчезновения потенциально возможной работы. Например, в практике не обнаружено случаев самопроизвольного перехода теплоты от холодного тела к горячему. При тепловом онтакте двух тел различной темпе-patypbi теплота переходит от горячего тела к холодному дО тех пор, пока их температуры не станут равными. [c.41] Назовем устройство, которое без компенсации полностью превращало бы периодически в работу теплоту какого-либо тела, вечным двигателем второго рода. Тогда исходная формулировка второго начала, выражающая закоиомерности превращения теплоты в работу 1И работы в теплоту (в случае обычных систем), будет следующей невозможен вечный двигатель второго рода, причем это утверждение не допускает обращения. [c.42] Как известно, предложение о невозможности вечного двигателя первого рода допускает обращение. Эта особенность предложения о вечном двигателе первого рода не включается в формулировку первого начала, так как не играет роли для установления существования внутренней энергии системы как однозначной функции ее состояния, что составляет содержание первого начала. Аналогично для установления существования энтропии утверждение о невозможности обращения предложения о вечном двигателе второго рода также не нужно. Однако при установлении второго положения второго начала (положения о росте энтропии) приходится пользоваться утверждением о невозможности обращения предложения о вечном двигателе второго рода. Кроме того, это утверждение, как теперь известно, не всегда справедливо. Все это приводит к необходимости включения данного утверждения в исходную формулировку второго начала (для обычных систем). [c.42] Это положение означает, что, в то время как теплоту нельзя превратить в работу полностью без компенсации (невозможен вечный двигатель второго рода), работу в теплоту можно превратить без всяких компеисаций, ибо не пpeд faвляeт никаких затруднений пост-роить машину, вся деятельность которой сводилась бы к затрате работы и нагреванию резервуара (невозможность обращения предложения о вечном двигателе второго рода). [c.42] Первое положение (Qi tt7), как будет показано, приводит в случае равновесных систем к установлению существования термодинамической температуры и новой однозначной функции состояния — энтропии. Совместно первое и второе положения второго начала устанавливают односторонний характер изменения энтропии при естественных процессах в замкнутых системах. [c.42] Первое положение второго начала указывает на невозможность с помощью замкнутого кругового процесса превратить теплоту в работу без компенсации. Понятие компенсации, как видно из его определения, содержит отдачу части теплоты рабочим телом другим телам и изменение термодинамического состояния этих других тел при превращении теплоты в работу в замкнутом круговом процессе. В случае обычных, наиболее распространенных систем О ба эти элемента компенсации совпадают, так как отдача части теплоты рабочим телом другим телам при. круговом процессе в этом случае безвозвратна и автоматически влечет изменение термодинамического состояния этих других тел. В случае спиновых систем эти элементы компенсации не совпадают, вследствие чего с помощью спиновых систем теплоту какого-либо тела можно цели.ком превратить в работу с помощью кругового процесса без изменения термодинамического состояния других. тел. Однако такое превращение, как и в случае 0 быч1ных систем, обязательно сопровождается отдачей части теплоты рабочим телом другим телам. Эта общая закономерность (общий элемент компенсации) превращения теплоты в работу лриводит к существованию энтропии как у обычных, так и необычных равновесных систем. [c.43] Устройство, в результате действия которого периодически производилась бы положительная работа только за счет охлаждения одного тела, без каких-либо других изменений в телах, называется вечным двигателем второго рода Томсона—Планка. Пользуясь обычными системами, невозможно осуществить вечный двигатель второго рода Томсона—Планка, но при наличии спиновых систем такой двигатель вполне возможен. Однако устройство, -которое бы непрерывно превращало в работу теплоту какого-либо тела без компенсации — вечный двигатель второго рода, невозможно и в случае обычных, ни в случае спиновых систем . При этом если для обычных систем предложение о вечном двигателе второго рода не допускает обращения, то для спиновых систем такое обращение возможно (см. 32). [c.43] Для получения аналитического выражения второго начала термодинамики рассмотрим второе начало термодинамики в отдельности для равновесных и неравновесных процессов. [c.43] Исходя из второго начала термодинамики, рассмотрим прежде разделение всех процессов, испытываемых изолированной системой в целом, на обратимые и необратимые и установим отно-щение этих процессов к.равновесным и неравновесным. [c.43] Вернуться к основной статье