Другий закон термодинаміки, об’єднання вчителів Харкова

Закон збереження енергії стверджує, що кількість енергії при будь-яких процесах залишається незмінним. Але він нічого не говорить про те, які енергетичні перетворення можливі.

З-н збереження енергії не забороняє. процеси, які на досвіді не відбуваються:

- нагрівання більш нагрітого тіла більш холодним;

- мимовільне розгойдування маятника зі стану спокою;

- збирання піску в камінь і т.д.

Процеси в природі мають певну спрямованість. У зворотному напрямку мимовільно вони протікати не можуть. Всі процеси в природі необоротні (старіння і смерть організмів).

Незворотним процесом може бути названий такий процес, зворотний якому може протікати тільки як одна з ланок складнішого процесу. Мимовільними називаються такі процеси, які відбуваються без впливу зовнішніх тіл, а значить, без змін у цих тілах).

Процеси переходу системи з одного стану в інший, які можна провести в зворотному напрямку через ту ж послідовність проміжних рівноважних станів, називаються оборотними. При цьому сама система і навколишні тіла повністю повертаються до вихідного стану.

Другий з-н термодинаміки вказує напрямок можливих енергетичних перетворень і тим самим висловлює незворотність процесів в природі. Він встановлений шляхом безпосереднього узагальнення досвідчених фактів.

Формулювання Р.Клаузиуса: неможливо перевести тепло від більш холодної системи до більш гарячої при відсутності одночасних змін в обох системах або оточуючих тілах.

Формулювання У. Кельвіна. неможливо здійснити такий періодичний процес, єдиним результатом якого було б отримання роботи за рахунок теплоти, взятої від одного джерела.

Невозможнентепловой вічний двигун другого роду, тобто двигун, що здійснює механічну роботу за рахунок охолодження будь-якого одного тіла.

Пояснення незворотності процесів в природі має статистичне (розподіл усіх) тлумачення.

Чисто механічні процеси (без урахування тертя) оборотні, тобто інваріантні (не змінюються) при заміні t → -t. Рівняння руху кожної окремо взятої молекули також інваріантніщодо перетворення часу, тому що містять тільки сили, що залежать від відстані. Значить причина незворотності процесів в природі в тому, що макроскопічні тіла містять дуже велику кількість частинок.

Макроскопічну стан характеризується кількома термодинамічними параметрами (тиск, об'єм, температура і т.д.). Мікроскопічна стан характеризується завданням координат і швидкостей (імпульсів) всіх часток, що складають систему. Одне макроскопическое стан може бути реалізовано величезним числом микросостояний.

Позначимо: N- повне число станів системи, N1 - число микросостояний, які реалізують даний стан, w - ймовірність даного стану.

Чим більше N1. тим більша ймовірність даного макросостоянія, тобто тим більший час система буде перебувати в цьому стані. Еволюція системи відбувається в напрямі від малоймовірних станів до більш імовірним. Оскільки механічний рух - це впорядкований рух, а теплове - хаотичне, то механічна енергія перетворюється на теплову. При теплообміні стан, в якому одне тіло має вищу температуру (молекули мають більш високу середню кінетичну енергію), менш імовірно, ніж стан, в якому температури рівні. Тому процес теплообміну відбувається в бік вирівнювання температур.

де k - постійна Больцмана. Це рівняння розкриває статистичний сенс законів термодинаміки. Величина ентропії в усіх необоротних процесах збільшується. З цієї точки зору життя - це постійна боротьба за зменшення ентропії. Ентропія пов'язана з інформацією, тому що інформація призводить до порядку (багато будеш знати - скоро постарієш).

Ентропія - функція стану системи. У термодинаміки - це величина, яка визначається співвідношенням:,

де S- ентропія. Тобто зміна ентропії дорівнює кількості теплоти, переданому в процесі, до температури, при якій відбувався цей процес.

У цьому сенсі Адіабатний процес - це ізоентропійний процес.

З першого закону термодинаміки:

- основне рівняння термодинаміки.

З теореми Карно слід:.