Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
Il 4. ВТОРОЙ И ТРЕТИЙ ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ
9°. Термический КПД ті( нео6р произвольного необратимого цикла всегда меньше термического КПД обратимого цикла Карно, проведенного между экстремальными температурами Тмакс и Tmiih:
T -T
„ ^ макс ¦* мин
If необр гр
1 макс
10°. Экономичность холодильной установки характеризуется холодильным коэффициентом tlXDJ1, равным отношению количества теплоты Q, отбираемого от охлаждаемого тела, к тепловому эквиваленту А затрачиваемой на это работы:
Холодильный коэффициент Т]о6р любой холодильной установки, работающей по обратимому циклу, зависит только от температур охлаждаемого тела T0 и теплопри-емника (Т > T0), т. е. равен холодильному коэффициенту тік установки, работающей в том же интервале температур по обратимому обратному циклу Карно:
Т0
tWp _ tIk _ т-т0'
Для холодильной установки, работающей по необратимому циклу,
T
^необр tp__ гр
3. ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
1°. Первый закон термодинамики, выражающий всеобщий закон сохранения и превращения энергии, не позволяет определить направление протекания термодинамических процессов. Например, основываясь на этом законе, можно было бы пытаться построить вечный двигатель второго рода, т. е. двигатель, рабочее тело которого, совершая круговой процесс, получало бы энергию в
11.4.3 ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
197
форме теплоты от одного внешнего тела и целиком передавало ее в форме работы другому внешнему телу.
2°. Обобщение результатов многочйсленных экспериментов привело к выводу о невозможности построения вечного двигателя второго рода. Этот вывод называют вторым законом термодинамики; он имеет ряд формулировок, различных по форме, но эквивалентных по существу, в частности:
а) невозможен процесс, единственным результатом которого является совершение работы, эквивалентной количеству теплоты, полученному от нагревателя;
б) невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергии в форме теплоты от холодного тела к горячему.
3°. Второй закон термодинамики указывает на существенное различие двух форм передачи энергии — теплоты и работы. Он утверждает, что процесс преобразования упорядоченного движения тела как целого в неупорядоченное движение частиц самого тела и внешней среды является необратимым. Упорядоченное движение может переходить в неупорядоченное без каких-либо дополнительных (компенсирующих) процессов, например при трении. В то же время обратный переход неупорядоченного движения в упорядоченное, или, как часто говорят, «переход теплоты в работу», не может являться единственным результатом термодинамического процесса, т. е. всегда должен сопровождаться каким-либо компенсирующим процессом. Например, при равновесном изотермическом расширении идеальный газ совершает работу, которая полностью эквивалентна количеству теплоты, переданному газу нагревателем. Однако плотность газа при этом уменьшается, т. е. «превращение теплоты в работу» не является единственным результатом рассматриваемого процесса. Тепловой двигатель, работающий по прямому циклу Карно, совершает работу, эквивалентную лишь части полученного от нагревателя количества теплоты, так как остальная часть отдается холодильнику, состояние которого вследствие этого изменяется. В холодильной машине энергия передается в форме теплоты от холодного тела к горячему- Однако для осуществления этого процесса необходим компенсирующий процесс совершения работы внешними телами.
198
11.4. ВТОРОЙ И ТРЕТИЙ ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ
4. ЭНТРОПИЯ
1°. Приведенным количеством теплоты Q* в изотермическом процессе называют отношение количества теплоты Q, полученного системой, к температуре Г
теплоотдающего тела: Q* = Q , где Q > О при подводе к
телу энергии и Q < О при отводе энергии.
Приведенное количество теплоты для произвольного
процесса равно С* = где SQ — количество теплоты,
сообщенное системе на элементарном участке процесса теплоотдающим телом, температура которого равна Т.
2°. Приведенное количество теплоты Q*o6р, сообщаемое системе в любом обратимом круговом процессе, равно нулю (равенство Клаузиуса):
Q*O6p= f f =°> обр
где T — температура системы, при которой ей сообщается элементарное количество теплоты 5Q, а подынтегральное выражение 5Q/Т, в отличие от 5Q, является полным дифференциалом. Следовательно, температура системы представляет собой интегрирующий делитель для элементарного количества теплоты, сообщаемого системе в обратимом процессе.
3°. Энтропией называют функцию S состояния системы, дифференциал которой в элементарном' обратимом процессе равен отношению бесконечно малого количества теплоты, сообщенного системе, к температуре последней:
Энтропия сложной системы равна сумме энтропий всех ее однородных частей.
По знаку изменения энтропии системы в обратимом процессе можно судить о направлении теплообмена. Для всех обычных термодинамических систем внутренняя энергия U неограниченно возрастает при T —» °°, поэтому температура в равновесных состояниях может быть только положительной, так что при нагревании системы d,S > О, а при охлаждении dS < О.
