Другий закон тд

Другий закон термодинаміки - фізичний принцип, який накладає обмеження на напрямок процесів передачі тепла між тілами.

Другий закон термодинаміки говорить, що неможливий мимовільний перехід тепла від тіла, менш нагрітого, до тіла, більш нагрітого.

Існують кілька еквівалентних формулювань другого закону термодинаміки:

· Постулат 0900010708110010400181000811000000105018Клаузіуса. «Неможливий процес, єдиним результатом якого була б передача тепла від більш холодного тіла до більш гарячого» 220507025048088 [HYPERLINK "% 22% 5 B 1% 5 D" 1 HYPERLINK "% 22% 5 B 1% 5 D"] (такий процес називається процесом Клаузіуса).

З іншого боку, припустимо, що є невірним постулат Томсона. Тоді можна відняти частину тепла у більш холодного тіла і перетворити в механічну роботу. Цю роботу можна перетворити в тепло, наприклад, за допомогою тертя, нагрівання більш гаряче тіло. Значить, з невірності постулату Томсона слід невірність постулату Клаузіуса.

Таким чином, постулати Клаузіуса і Томсона еквівалентні.

Робота. здійснюються двигуном, дорівнює:

· QH - кількість теплоти, отримана від нагрівача,

· QX - кількість теплоти, віддане охолоджувача.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) теплового двигуна розраховується як відношення роботи, яку здійснюють двигуном, до кількості теплоти, отриманого від нагрівача:

Частина теплоти при передачі неминуче втрачається, тому ККД двигуна менш 1. Максимально можливим ККД має 0608000900100двігатель Карно. ККД двигуна Карно залежить тільки від абсолютних температур нагрівача (TH) і холодильника (TX):

Принцип дії теплового двигуна наведено на рис. 1. Від термостата (система, яка може обмінюватися теплотою з тілами без зміни температури) з більш високою температурою Т1. який називається нагрівачем, за цикл віднімається кількість теплоти Q1. а термостата з більш низькою температурою Т2. який називається холодильником, за цикл передається кількість теплоти Q2. при цьому відбувається робота А = Q1 - Q2.

Для того щоб термічний коефіцієнт корисної дії теплового двигуна дорівнював 1, необхідним є дотримання умови Q2 = 0, т. Е. Теплової двигун повинен володіти одним джерелом теплоти, а це неможливо. Французький фізик і інженер Н. Л. С. Карно (1796 - 1832) довів, що для того, щоб теплової двигун працював необхідно не менше двох джерел теплоти з відмінними температурами, інакше це суперечило б до другого початку термодинаміки.

Двигун другого роду, будь він практично можливий, був би практично вічним. Наприклад, Охолодження води океанів на 1 ° дало б практично невичерпні запаси енергії. Маса води в Світовому океані становить близько 10 19 тонн, при охолодженні якої на 1 ° виділилося б приблизно 10 24 Дж теплоти, що відповідає повному спалюванню 10 14 т вугілля. Залізничний потяг, який навантажений цією кількістю вугілля, розтягнувся б на відстань 10 10 км, що по порядку збігається з розмірами Сонячної системи!

Процес, який обернений відбувається в тепловому двигуні, використовується в холодильній машині, принцип дії якої дано на рис. 2. Системою від термостата з більш низькою температурою Т2 за цикл віднімається кількість теплоти Q2 і віддається термостата з більш високою температурою Т1 кількість теплоти Q1. Для кругового процесу, згідно першому початку термодинаміки для кругового процесу, Q = A, але, за умовою, Q = Q2 - Q1 <0, поэтому А<0 и Q2 – Q1 = –А, или Q1 = Q2 + A, т. е. количество теплоты Q1. которое отданно системой источнику теплоты при более высокой температуре T1 больше количества теплоты Q2. которое получено от источника теплоты при более низкой температуре T2. на величину работы, совершенной над системой. Значит, без совершения работы нельзя отбирать теплоту от менее нагретого тела и отдавать ее более нагретому. Это утверждение есть именно второе начало термодинамики в формулировке Клаузиуса.

Використовуючи другий закон термодинаміки, Карно вивів теорему, яка носить тепер його ім'я: з усіх періодично діючих теплових машин, що мають однакові температури нагрівачів (T1) і холодильників (T2), найбільшим к. П. Д. Мають оборотні машини; при цьому к. п. д. оборотних машин, що працюють при однакових температурах нагрівачів (T1) і холодильників (T2), дорівнюють один одному і не залежать від природи робочого тіла (тіла, які здійснюють круговий процес і обмінюються енергією з іншими тілами), а визначаються тільки температурами нагрівача і холодильника