Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые процессы

Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые процессы [c.70]

Максимальная работа производится при обратимом проведении процесса. В реальных необратимых процессах производимая работа имеет всегда меньшую величину. Второе начало термодинамики устанавливает критерий необратимости, при помощи которого можно количественно анализировать каждый из реальных процессов, в частности, устанавливать уменьшение или потерю работы из-за необратимости действительного процесса по сравнению с идеальным обратимым процессом и тем самым находить пути осуществления рабочего процесса наиболее эффективным образом. [c.44]

Принятый метод исследования является термодинамическим. Он опирается на основные положения термодинамики, знание которых является отправным пунктом при изучении термодинамических свойств веществ. К ним относятся первый и второй законы термодинамики, понятия о термодинамической температуре и энтропии, представления об обратимости и необратимости процессов и некоторые другие положения, вытекающие из первого и второго начал термодинамики. В книге не будут вводиться определения различных термодинамических величин (внутренней энергии, энтальпии, теплоемкости и т. д.), так как они даны в соответствующих курсах термодинамики. [c.5]

Исходя из второго начала термодинамики, рассмотрим прежде разделение всех процессов, испытываемых изолированной системой в целом, на обратимые и необратимые и установим отношение этих процессов к равновесным и неравновесным. [c.53]

Статистическое рассмотрение различных процессов, происходящих в замкнутой системе, лишает понятие необратимости того абсолютного значения, которое оно получило в феноменологической термодинамике. Всякий действительный процесс, происходящий, например, в изолированной системе, является в принципе и необратимым, и обратимым, поскольку он может сопровождаться как возрастанием энтропии, так и уменьшением или сохранением ее на постоянном уровне, т. е. может быть обращен в любом направлении. Такой обращающийся характер. действительных процессов основывается на строгой обратимости элементарных молекулярных, внутримолекулярных и внутриатомных двия ений. Однако вероятность обращения действительного процесса, т. е. вероятность того, что процесс изменения состояния изолированной системы пойдет не в сторону возрастания энтропии, а в сторону уменьшения ее, крайне мала. Поэтому, если процессы, противоречащие принципу необратимости, и встречаются в природе, то настолько редко и в таком ничтожном масштабе, что нисколько не лишают силы термодинамическую трактовку второго, начала термодинамики и не обесценивают ее значения. [c.95]

Вывод о существовании энтропии 5 и абсолютной температуры Т как термодинамических функций состояния любых тел составляет основное содержание второго начала термодинамики (по терминологии Н. И. Белоконя — второго начала термостатики). Математическое выражение в форме равенства 6Q= 8Q +6Q = TdS распространяется на любые процессы — обратимые и необратимые. В качестве постулата для вывода этого закона может быть использовано утверждение, что температура есть единственная функция состояния, определяющая направление самопроизвольного теплообмена между телами, т. е. между телами и элементами тел, не находящимися в тепловом равновесии, невозможен одновременный и самопроизвольный (по балансу) переход теплоты в противоположных направлениях — от тел более нагретых к телам менее нагретым и обратно [7]. Из этого постулата вытекает ряд важных следствий о невозможности одновременного осуществления полных превращений теплоты в работу и работы в теплоту (следствие 1), о несовместимости адиабаты и изотермы (следствие 2), теорема о тепловом равновесии тел (следствие 3) [7]. [c.57]

В случае необратимых процессов конечное состояние адиабатически изолированной системы, как мы убедились в 3-4, отличается от начального состояния большей величиной энтропии. Следовательно, каждое из состояний адиабатически изолированной системы при необратимом процессе неравноценно любому другому состоянию ее последующее состояние является как бы более вероятным, т. е. обладает большей вероятностью, чем предшествующее. При обратимых процессах конечное и начальное состояния соответствуют одному и тому же значению энтропии и являются в указанном смысле равноценными, т. е. равновероятными. С этой точки зрения энтропию системы можно считать мерой термодинамической вероятности данного состояния системы, а само содержание второго начала термодинамики рассматривать как утверждение о существовании меры этой термодинамической вероятности. Развивая эти общие соображения на основе представлений о молекулярной структуре вещества, можно, как это будет ясно из дальнейшего, более глубоко вскрыть физический смысл энтропии. [c.99]

Представление об обратимости процессов имеет фундаментальное значение как в физике, так и в технической термодинамике. В констатации самого факта существования необратимых процессов лежит основная идея второго начала термодинамики. [c.8]

Второе начало термодинамики, как было видно выше, позволяет дать необходимый и достаточный критерий определения необратимых и равновесных (обратимых) процессов. [c.53]

Неравенство (1-16) можно считать математическим выражением второго начала термодинамики, которое характеризует направление протекающих в природе макроскопических процессов. Второе начало термодинамики позволяет установить количественное соотношение между работой, которая могла бы быть совершена системой при обратимом процессе, и действительной работой. Действительная полезная внешняя работа меньше максимальной на положительную величину T As. Произведение абсолютной температуры Т окружающей среды на приращение энтропии As всей системы является потерей полезной работы из-за необратимости процесса. Поэтому полезная работа будет равна [c.12]

Второе начало термодинамики позволяет разбить процессы на обратимые и необратимые. Обратимым процессом перехода вещества из одного состояния в другое называют такой процесс, который при его обратном протекании не требует некомпенсированного превращения тепла в работу. Необратимым процессом называют такой процесс, который для осуществления обратного перехода требует некомпенсированного превращения тепла в работу. [c.64]

Таким образом, значение второго начала заключается в том, что оно дает критерий для суждения об обратимости или необратимости всякого происходящего в природе процесса. Этот критерий является не только необходимым, но и достаточным, поэтому второе начало термодинамики должно быть отнесено к числу наиболее общих и фундаментальных законов природы. Само определение абсолютной температуры может быть получено только на. основе второго начала термодинамики. [c.37]

Уравнение (1-30) показывает, что тепло, отдаваемое в реальной установке окружающей среде, состоит из двух слагаемых непревратимого тепла, т. е. количества тепла, которое в данной системе источников тепла не может быть превращено в работу даже с помощью обратимых процессов, и эксергетических потерь, вызванных необратимостью процессов. Первое слагаемое характеризует с точки зрения второго начала термодинамики граничные условия, в которых работает установка (будь 4 51 [c.51]

В первом и втором изданиях учебника автор при изложении второго начала термодинамики придерживался метода Каратеодори. В предисловии к первому изданию учебника записано Классическое развитие мыслей, отправляющихся от постулатов Томсона, Клаузиуса, Планка или др., отличается, во-первых, известной узостью, ибо кладет в основу второго начала только свойства круговых процессов тепловых машин, и, во-вторых, некоторой невыдержанностью аргументации, ибо не проводит резкой грани между квазистатическими (обратимыми) и нестатическими (необратимыми) процессами. [c.344]

Как показано в этой главе, в основу понятия энтропии как функции состояния положена чисто макроскопическая концепция. Справедливость второго начала термодинамики уходит корнями в реальность необратимых процессов. В отличие от необратимых макроскопических процессов, которые мы наблюдаем вокруг, законы классической и квантовой механики симметричны во времени, т. е. согласно законам механики система, которая может эволюционировать из состояния А в состояние В, точно так же может эволюционировать из состояния В в состояние А. Например, спонтанный поток молекул газа из одной части сосуда, где газ имеет большую плотность, в другую часть сосуда, где газ имеет меньшую плотность, и обратный поток (последнее нарушает второе начало термодинамики) согласуются с законами механики. Процессы, которые второе начало термодинамики отвергает как невозможные, не нарушают законов механики. В то же время все необратимые макроскопические процессы, такие, как теплообмен, происходят вследствие движения атомов и молекул, что в свою очередь подчиняется законам механики теплообмен обусловлен межмолекулярными столкновениями, при которых происходит передача энергии. Каким образом необратимые процессы возникают из обратимого движения молекул Чтобы примирить обратимость механики с необратимостью термодинамики, Людвиг Больцман (1844-1906) предложил следующее соотношение между микроскопическими состояниями и энтропией [c.101]

Энергия системы складывается из эксергии и анергии. В соответствии с первым законом термодинамики сумма эксергии и анергии во всех процессах остается постоянной. Из второго же начала термодинамики следует, что во всех необратимых процессах эксергия уменьшается, превращаясь в анергию, и остается постоянной только в обратимых процессах. [c.161]

Соударения между двумя молекулами являются обратимым механическим процессом. Несмотря на то, что отдельное столкновение является обратимым процессом, поведение всей системы молекул, образующей газ, подчиняется второму закону термодинамики и является необратимым процессом. С течением времени состояние газа (определяемое столкновениями всех молекул) будет или изменяться в определенном направлении или оставаться стационарным. Дальнейшее изучение равновесного или стационарного состояния всей системы молекул необходимо начать с определения функции, изменение которой будет определять изменение состояния газа в целом. [c.48]

Математическое выражение принципа существования энтропии термодинамической системы эквивалентно описанию свойств этой системы, например, в построении принципа существования энтропии идеальных газов ( 4). На этом основании общее построение принципа существования энтропии в дальнейшем осуществляется на базе независимого симметричного постулата, сохраняющего силу при любом направлении необратимых явлений в изолированной системе ( 1). Введение понятия внутреннего теплообмена (6Q ) и математического выражения принципа сохранения энергии в форме первого начала термостатики (6Q=6Q + + bQ = dU+AbL) дает возможность обобщить математическое выражение принципа существования энтропии классической термодинамики (обратимые процессы) до уровня второго начала термостатики как математического выражения принципа существования энтропии и абсолютной температуры для реальных процессов любых термодинамических систем. [c.54]

Эти соотношения позволяют найти величину всех трех термоэлектрических эффектов, если известен хотя бы один и если 5 или р, известны в небольшом интервале температур вблизи Т. Применяемые на практике методы определения 5, р и П изложены в работах Бернара [3] и Блатта [12]. При выводе приведенных выше соотношений Томсон полагал, что такие обратимые процессы, как эффекты Пельтье и Томсона, можно рассматривать вне зависимости от происходящих одновременно необратимых явлений теплопроводности и выделения джоулева тепла. Наличие необратимых процессов делает сомнительным применение второго начала термодинамики в обратимой форме, однако Томсон получил правильный результат. Общая теория, рассматривавшая одновременно обратимые и необратимые процессы, была развита в 1931 г. Онсагером [47, 48]. Ее основы изложены Бернаром [3]. [c.271]

Энтропия. Необратимость тепловых явлений логически противоречит попыткам их объяснения на основе корпускулярной теории, поскольку законы механики полностью обратимы. Следовательно, или не является правильным это объяснение, или не верен сам второй зажон термодинамики. В первом случае возникшее противоречие можно связать с гипотетичностью существования атомов и усматривать в этом доказательство несправедливости атомной гипотезы. Во втором случае можно оспаривать справедливость второго начала, что безуспешно пытались делать некоторые ученые. Но был и третий путь — г уть глубокого анализа супщости различий между обратимыми и необратимыми процессами. [c.80]

При применении этого уравнения следует иметь в виду различие между обратимыми и необратимыми процессами. Только необратимые процессы приводят к производству энтропии. Очевидно, второй закон термодинамики выражает тот факт, что необратимые процессы ведут I однонаправленности времени. Положительное направление времени связано с возрастанием энтропии S. Я хочу подчеркнуть особую форму, в которой однонаправленность проявляется во втором законе. Этот закон означает существование функции, обладающей весьма специфическими свойствами. Эта специфичность проявляется в том факте, что для изолированных систем эта функция может только возрастать во времени. Такие функции играют важную роль в современной теории устойчивости систем, начало которой положила классическая работа Ляпунова. Именно поэтому эти функции были названы функциями или функционалами Ляпунова. [c.126]

Второе начало термодинамики было сформулировано Клазиусом и Томсоном и связано с понятиями обратимых и необратимых процессов и энтропии. [c.24]

Это соотношение выражает первое начало термодинамики. Из его структуры отчетливо видно, в чем заключается разница в описании обратимых и необратимых процессов. Первые четыре члена правой части описывают вклад в величину dQ от изменения термодинамических параметров системы они выражаются одинаковым образом для обратимого и необратимого процессов (это не означает, конечно, что сами изменения dU, dV, dai, dGk при этом одинаковы) последний член правой части описывает диссипацию работы—он равен нулю для обратимого процесса и имеет положительное значение для необратимого. Из этого следует, что при заданных изменениях dUy dV, daj, dGk в необратимом процесс dQ меньшё (а соответственно меньше и работа, определяемая вторым, третьим, четвертым и пятым членами) на величину диссипативного члена 2 по сравнению с обратимым процессом. [c.50]

Это соотношение называется первым соотношение.м Томсона. Теплота Томсона может быть положительной и отрицательной в зависимости от знака (/, gradT). При изменении направления или только /, или только grad Т на противоположное величина <7г меняет знак. По этой причине эффект Томсона иногда называют обратимым. Необходимо, однако, иметь в виду, что эта обратимость не имеет никакого отношения к тому понятию обратимости, которое вводится на основании второго начала термодинамики. В этом термодинамическом понимании обратимости и необратимости явление Томсона является необратимым, так как представляет собой часть процесса, неразрывно связанного с такими необратимыми явлениями, как теплопроводность и выделение теплоты. [c.26]

Вывод о существовании энтропии и абсолютной температуры как термодинамических функций состояния любых тел составляет основное содержание второго начала термодинамики (по терминологии проф. Н. И. Белоконя — второго начала термостатики). Математическое выражение в форме равенства 5Q = 5Q + 50 = Тс18 распространяется на любые процессы — обратимые и необратимые. В качестве постулата для вывода этого закона может быть использовано утверждение, что температура есть единственная функция состояния, определяющая направление самопроизвольного теплообмена между телами . [c.48]

Приведенные рассуждения позволяют сделать вывод, что теплота и механическая работа эквивалентны друг другу в количественном отношении (первое начало термодинамики), но теплота обладает особым специфическим свойством, сказываюш,имся, например, в том, что только путем теплообмена можно уменьшить энтропию рассматриваемой системы, а повысить ее (помимо теплообмена) возможно, любым необратимым механическим воздействием. Последнее, как мы видели, вытекает из второго начала термодинамики для обратимых изменений состояния. Установленные выше неравенства (9.4) и (9.5) и отражают специфику тепловых процессов, вытекаюш,ую из самой их природы. [c.122]

Теория Б. д. имеет принципиа.т ьное значение, ова проясняет статистич. природу второго начала термодинамики и показывает границы его иримепимости. Ова позволила уточнить критерии обратимости или необратимости молекулярных процессов и показать, что различие между ними во носит абс, характера. По Смолу-ховскому, процесс является необратимым, если переход из рассматриваемого состояния в исходное требует большого времени, и обратимым, если время возврата невелико. Смолуховскому удалось оценить время возврата, к-рое относится к экспериментально наблюдаемому параметру, т, е, является характеристикой макросостояния, а не микросостояния. [c.230]

Это, однако, не означает, что разность энтропии имеет различное значение в зависимости от того, какой процесс мы рассматриваем (обратимый или необрати мый). Энтропия является однозначной функцией состоя- ния, и, следовательно, разность энтропий имеет постоянное значение независимо от характера процесса. Знак неравенства в формуле (5, 11) указывает на то, что в сл>т ае необратимого процесса интеграл в левой части ее уже не выражает собой разности энтропий, а меньше ее. Второе начало термодинамики в дифференциальной форме имеет вид [c.119]

Хотя реальные процессы являются О. п. лишь в нек-ром приближении, они играют значительную роль в термодинамич. расчетах, т. к. только по отношению к ним соотношения макроскопич. термоди-намш и имеют вид равенств или ур-ний. Действительно, дифференциальное выражение второго начала термодинамики dS OQ/T имеет вид равенства только в том случае, если поглощение системой количества теплоты OQ произошло квазистатически. О. п., протекающий в изолированной системе, не сонрово-ждается изменением энтропии, что может служить критерием обратимости термодинамич. процесса. В общем случае термодинамич. соотношения имеют xapairiTep неравенств, а выводы, сделанные на основе расчетов О. гг. — характер предельных соотношений (напр., теорема о максимальной работе). Построение термодинамич. теории неравновесных процессов связано с привлечением дополнительных (по отношению к первому и второму началам) физич. предположений (см. Необратимые процессы). [c.470]

Второе начало термодинамики утверждает, что получение работы из тепла возможно только при наличии нагревателя и охладителя, между которыми поддерживается определенная разность температур. Отобранное от нагревателя тепло Q2 частично превращается в работу, а частично переходит к более холодной части установки (охладителю). КПД обратимого процесса получения работы г] не зависит ни от вещества, используемого для получения работы, ни от устройства машины, а лишь от разности температур между нагревателем и охладителем. КПД такого идеального обратимого процесса имеет максимальное значение, которого он может достигнуть. В реальных процессах из-за неустранимой необратимости КПД значительно ниже. Разность между фактическим КПД реальной машины, получающей работу из тепла, и идеальным КПД (Гг -ТОЛГг есть мера необратимости соответствующего процесса. [c.71]

Термодинамика. Всё содержание термодинамики является в осн. следствием её двух начал первого начала — закона сохранения энергии — и второго начала, констатирующего необратимость макроскопич, процессов. Они позволяют ввести однозначные ф-ции состояний внутреннюю энергию и энтропию. В замкиутьгх системах внутр. энергия остаётся неизменной, а энтропия сохраняется только при равновесных (обратимых) процессах. При необратимых процессах энтропия возрастает, и её рост наиб, полно отражает определ. направленность процессов в природе. В термодинамике осн. величинами, задающими состояние системы,—термодинамическими параметрами — являются в простейшем случае давление, объём и темп-ра. Связь между ними даётся термич. ур-нием состояния, а зависимости ср. энергии от объёма и темп-ры — калорич. ур-нием состояния. Простейшее термич. ур-ние состояния— ур-ние состояния идеального газа Клапейрона — Менделеева (см. Клапейрона уравнение). [c.315]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...