ГЛАВА 3 ВТОРОЕ И ТРЕТЬЕ НАЧАЛА ТЕРМОДИНАМИКИ. ЭНТРОПИЯ. ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ

Второе начало (второй закон) термодинамики определяет направление, условия и пределы самопроизвольного протекания процессов (без затраты энергии извне).

Второе начало термодинамики имеет статистический (вероятностный) смысл, т.е. применимо к системам, состоящим из большого числа частиц, и определяет наиболее вероятное направление самопроизвольного протекания процесса в данных условиях.

3.1. ФОРМУЛИРОВКИ ВТОРОГО НАЧАЛА

ТЕРМОДИНАМИКИ

Существуют различные эквивалентные формулировки второго начала термодинамики. Приведем некоторые из них.

а) Теплота не может самопроизвольно переходить от более холодно-

го тела к более горячему.

б) Невозможен процесс, единственным результатом которого было бы превращение теплоты в работу или: вечный двигатель второго рода невозможен.

Вечный двигатель (перпетуум мобиле) второго рода - воображаемая периодически действующая тепловая машина, целиком превращающая в работу теплоту, переданную окружающей средой.

в) Математическая формулировка. Введем некоторую функцию состояния S системы и назовем эту функцию энтропия системы. Определим эту функцию следующим образом.

Для обратимого изотермического процесса

где dS и ΔS - соответственно бесконечно малое и конечное изменение энтропии; δ Q и Q - бесконечно малая и конечная величина теплоты, переданной системе окружающей средой; Т - абсолютная температура системы; δ Q / T и Q / T - соответственно элементарная приведенная теплота и приведенная теплота.

Для необратимого изотермического процесса

Соотношения (3.1) и (3.1 ' ) выражают математическую формулировку второго начала термодинамики. В общем случае

где знак равенства относится к обратимым процессам, а знак неравенства - к необратимым процессам.

С учетом (3.1) и (3.1 ) для необратимого изотермического процесса можно написать: