Второй закон термодинамики

НЕОБРАТИМОСТЬ
ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ УТВЕРЖДАЕТ, ЧТО КОЛИЧЕСТВО ЭНЕРГИИ ПРИ ЛЮБЫХ ЕЕ ПРЕВРАЩЕНИЯХ ОСТАЕТСЯ НЕИЗМЕННЫМ.
НО! ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ НИЧЕГО НЕ ГОВОРИТ О ТОМ, КАКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ВОЗМОЖНЫ.
Заметьте, многие процессы, которые возможны с точки зрения закона сохранения энергии, никогда не протекает в действительности.

Примеры:
► Нагретые тела остывают
► Колебания маятника
Энергетически допустимо: увеличение амплитуды колебаний маятника за счет охлаждения самого маятника и окружающей среды.
Энергетически допустим процесс передачи теплоты от холодного тела к горячему.

НЕОБРАТИМЫМ называется процесс, обратный которому может протекать только как одно из звеньев более сложного процесса.
Передача тепла от холодного тела к горячему используя холодильную установку, потребляющую энергию.
Увеличение амплитуды маятника в результате более сложного процесса, включающего толчок рукой

ИЛЛЮСТРАЦИЯ НЕОБРАТИМОСТИ ЯВЛЕНИЙ В ПРИРОДЕ
ПРОСМОТР КИНОФИЛЬМА
В ОБРАТНОМ НАПРАВЛЕНИИИ
«ПАДЕНИЕ ХРУСТАЛЬНОЙ ВАЗЫ
СО СТОЛА»
Соединение лежащих на полу осколков
и восстановление ВАЗЫ
ПРОЦЕСС ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВАЗЫ ИЗ ОСКОЛКОВ НЕ ПРОТИВОРЕЧИТ ЗАКОНАМ СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ, ЗАКОНАМ МЕХАНИКИ, НИ ВООБЩЕ КАКИМ ЛИБО ЗАКОНАМ, КРОМЕ

ВТОРОЙ ЗАКОН
ТЕРМОДИНАМИКИ
Указывает направление возможных энергетических превращений, выражая необратимость процессов в природе
Установлен путем обобщения опытных фактов

ФОРМУЛИРОВКА КЛАУЗИУСА
Невозможно перевести тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии одновременных изменений в обеих системах или окружающих телах
Невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача энергии путем теплообмена от тела с низкой температурой к телу с более высокой температурой.

ФОРМУЛИРОВКА КЕЛЬВИНА 1851 г
Невозможно осуществить такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы получение работы за счет теплоты, взятой от одного источника.
В циклически действующей тепловой машине невозможен процесс, единственным результатом которого было бы преобразование в механическую работу всего количества теплоты, полученного от единственного теплового резервуара.

Самопроизвольные процессы в изолированной системе всегда происходят направлении перехода от маловероятного состояния в более вероятное

КЛАУЗИУС (Clausius) Рудольф Юлиус Эмануэль ( 1822 - 1888), немецкий физик, один из основателей термодинамики и молекулярно-кинетической теории теплоты. Окончил в Берлинский университет. Первым понял и проанализировал идеи С. Карно и оценил их значение для теории теплоты и тепловых машин. Развивая эти идеи, Клаузиус в 1850 (одновременно с У. Кельвином) дал первую формулировку второго начала термодинамики, в которой содержалось утверждение о необратимости процесса передачи теплоты: "Теплота не может сама собою перейти от более холодного тела к более тёплому". Ввёл понятие энтропии, длины свободного пробега молекул. Количественно объяснил явления в газах, как внутреннее трение, теплопроводность и диффузия.
Иностранный член Лондонского королевского общества (1868), член-корреспондент Парижской АН (1865).

ТОМСОН Уильям (1824-1907) (с 1892 за научные заслуги получил титул лорда КЕЛЬВИНа - Kelvin) английский физик, один из основоположников термодинамики президент Лондонского королевского общества, иностранный член-корреспондент (1877) и иностранный почетный член (1896) Петербургской АН. Труды по многим разделам физики (термодинамика, теория электрических и магнитных явлений и др.).
Ввел абсолютную шкалу температур (шкала Кельвина), дал одну из формулировок второго начала термодинамики, Активный участник осуществления телеграфной связи по трансатлантическому кабелю, установил зависимость периода колебаний контура от его емкости и индуктивности. Изобрел многие электроизмерительные приборы, усовершенствовал ряд мореходных инструментов.

На основании любой из формулировок второго закона термодинамики могут быть доказаны следующие утверждения, которые называются теоремами Карно:
►Коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей при данных значениях температур нагревателя и холодильника, не может быть больше, чем коэффициент полезного действия машины, работающей по обратимому циклу Карно при тех же значениях температур нагревателя и холодильника.
►Коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей по циклу Карно, не зависит от рода рабочего тела, а только от температур нагревателя и холодильника.

Любой участок цикла Карно и весь цикл в целом может быть пройден в обоих направлениях.
Обход цикла по часовой стрелке соответствует тепловому двигателю, когда полученное рабочим телом тепло частично превращается в полезную работу.
Обход против часовой стрелки соответствует холодильной машине, когда некоторое количество теплоты отбирается от холодного резервуара и передается горячему резервуару за счет совершения внешней работы.
Поэтому идеальное устройство, работающее по циклу Карно, называют обратимой тепловой машиной.

Энергетическая схема холодильной машины. Q1 < 0, A < 0, Q2 > 0, T1 > T2.
Работа А совершается при приведении машины в действие. Количество теплоты Q1 передается рабочим телом нагревателю более высокой температуры, а количество теплоты Q2 поступает от рабочего тела к холодильнику.
Теплота передается от холодного тела к горячему → холодильная машина

Если полезным эффектом является отбор некоторого количества тепла |Q2| от охлаждаемых тел (например, от продуктов в камере холодильника), то такое устройство является обычным холодильником.
Эффективность работы холодильника βх можно охарактеризовать отношением
Эффективность работы холодильника – это количество тепла, отбираемого от охлаждаемых тел на 1 джоуль затраченной работы.

Если полезным эффектом является передача некоторого количества тепла |Q1| нагреваемым телам (например, воздуху в помещении), то такое устройство называется тепловым насосом.
Эффективность βТ теплового насоса может быть определена как отношение
Эффективность работы теплового насоса – это количеством теплоты, передаваемое более теплым телам на 1 джоуль затраченной работы.

Радиатор – черная решетка позади холодильника,
испаритель – морозильная камера внутри него и компрессор – насос с
электродвигателем. Радиатор и испаритель сделаны из металлической трубки,
заполненной легко сжижающимся газом – хладоном.

«Науку все глубже постигнуть стремись,
Познанием вечного жаждой тянись.
Лишь первых познаний блеснет тебе свет,
Узнаешь: предела для знания нет.»
Фирдоуси
( Персидский и таджикский поэт 940–1030 г.г)