Второе начало термодинамики

Известный английский писатель Чарльз Сноу считал, что критерием интеллигентности современного человека с гуманитарным образованием служит степень осведомленности второму закону термодинамики.

 

Второй закон термодинамики, как и первый, является обобщением многовекового опыта людей. Существует около тринадцати равноценных формулировок данного закона.

 

1.Неможливим является круговой процесс, единственным результатом которого было бы превращение количества теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу (Томсон-Кельвин).

 

2.Неможливим является круговой процесс, единственным результатом которого было бы передачи энергии в форме теплоты от холодного тела к горячему (Клаузиус).

 

3. Вечный двигатель второго рода невозможен (Освальд).

 

4. Теорема Карно:

 

Термический КПД обратимого цикла Карно не зависит от свойств рабочего тела и выражается формулой

 

?к = (Tн - Тх) / тн

 

Термический КПД необратимого цикла Карно всегда меньше термического КПД обратимого цикла Карно, который осуществляется между теми же температурами Tн и Тх:

 

?к необор <?к обор

 

Термический КПД произвольного обратимого цикла не превышает термического КПД обратимого цикла Карно:

 

?обор ? ?к обор = (Tн - Тх) / тн

 

5. В замкнутой (изолированной) системе энтропия возрастает или постоянна:

 

?S ? 0,

TdS ? dU + pdV

 

Тепловая смерть Вселенной как следствие второго начала термодинамики

 

Известно из определения энтропии, при изменении состояния изолированной системы изменение ее энтропии равно нулю, если все процессы обратимы, или больше нуля, если в системе имеют место необратимые процессы. Поскольку все реальные процессы необратимы, то на практике энтропия изолированной системы всегда возрастает. Если необратимые процессы в изолированной системе происходят постоянно, то энтропия этой системы все время растет, и ее энергия непрерывно обесценивается (деградирует). Через некоторое время наступает момент, когда энтропия становится максимальной, тогда вся внутренняя энергия становится полностью обесцененной и ни в коей мере не сможет перейти в другие виды энергии. Наступает "тепловая смерть" изолированной системы.

 

В.Томсон и Р.Клаузиус применяя данные рассуждения к Вселенной пришли к выводу, что рассматриваемый Вселенная со временем придет к равновесному состоянию, которое они назвали "состоянием тепловой смерти Вселенной".

 

Третье начало термодинамики

 

Теорема Нернста: энтропия любого тела стремится к нулю, когда его абсолютная температура стремится к абсолютному нулю температур

 

lim S = 0 при Т ? 0

 

Теорема Нернста называют третьим началом термодинамики.

 

Из теоремы Нернста следует следующее, если Т ? 0, то теплоемкость тел стремится к нулю, а это означает, что достижение температуры абсолютного нуля невозможно.

Последнее соображение называют также третьим началом термодинамики.