Изоэнтропийным называется процесс, протекающий при постоянной энтропии ().

       В обратимом адиабатическом процессе , так что и , поэтому адиабатический процесс является изоэнтропийным.

       Рассмотрим для примера идеальный газ, который совершает равновесный переход из состояния 1 в состояние 2. Изменение его энтропии

.

Используя ; ;    и  ,

.

Изменение энтропии в процессах идеального газа

Изохорный

()

Изобарический

()

Изотермический

()

Адиабатический

()



Статистическое толкование энтропии.

       Термодинамическая вероятность W состояния тела и системы – это число способов, которыми может быть реализовано данное конкретное термодинамическое состояние (макросостояние). Иначе говоря, это число всевозможных микрораспределений частиц по координатам и скоростям (микросостояний), которыми может быть осуществлено данное макросостояние.

       Формула Больцмана:  ,

       где - постоянная Больцмана.

       Энтропия системы определяется логарифмом числа микросостояний, с помощью которых может быть реализовано данное макросостояние.

       Энтропия является мерой неупорядоченности системы, - чем больше число микросостояний, реализующих данное макросостояние, тем больше энтропия.

Принцип возрастания энтропии.

       Все процессы в замкнутой системе ведут к увеличению ее энтропии. В замкнутой системе идут в направлении от менее вероятных состояний к более вероятным, до тех пор, пока вероятность состояния не станет максимальной. В состоянии равновесия – наиболее вероятного состояния системы – число микросостояний максимально, при этом максимальна и энтропия.

Второе начало термодинамики.

       Любой необратимый процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает (закон возрастания энтропии).

       Первое начало термодинамики выражает закон сохранения и превращения энергии применительно к термодинамическим процессам.

       Второе начало термодинамики определяет направление протекания термодинамических процессов, указывая, какие процессы в природе возможны, а какие – нет.

       Существуют еще две формулировки второго начала термодинамики, эквивалентных закону возрастания энтропии:

по Кельвину: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу.

по Клаузиусу: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому.

Третье начало термодинамики.

       Третье начало термодинамики – теорема Нернста-Планка – постулирует поведение термодинамических систем при нуле Кельвина (абсолютном нуле): энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к нулю по мере приближения температуры к нулю Кельвина.

       Теплоемкости и при равны нулю, поскольку:

,  ,  , 

Круговой процесс (цикл).

       Круговым процессом (или циклом) называется процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное состояние. На (p, V)-диаграмме цикл изображается замкнутой кривой, где участок 1-2 соответствует расширению, а 2-1 – сжатию газа.

Работа расширения (площадь фигуры ) положительна:.

Работа сжатия (площадь фигуры ) отрицательна: .

Работа за цикл А определяется площадью, охватываемой замкнутой кривой:

.

       Таким образом, работа – это функция не только состояния термодинамической системы, но и вида процесса, который происходит. Поэтому работа не является однозначной функцией состояния (такой, как внутренняя энергия). Из первого начала термодинамики следует, что теплота Q, также как и работа А, является функцией процесса, который происходит с системой.

       Цикл называется прямым, если за цикл совершается положительная работа (цикл протекает по часовой стрелке – рисунок (А)).

       Цикл называется обратным, если за цикл совершается отрицательная работа (цикл протекает против часовой стрелки – рисунок (Б)).

       Прямой цикл используется в тепловых двигателях (совершают работу за счет полученной извне теплоты). Обратный цикл используется в холодильных машинах (за счет работы внешних сил теплота переносится к телу с более высокой температурой).

КПД кругового процесса.

       В результате кругового процесса система возвращается в исходное состояние, полное изменение внутренней энергии равно нулю. Поэтому , т. е. работа, совершаемая за цикл, равна количеству полученной извне теплоты. Если в ходе кругового процесса система не только получает количество теплоты , но и теряет (отдает) количество теплоты , то .

       Термический коэффициент полезного действия для кругового процесса – это величина, равная отношению работы, совершенной системой, к количеству теплоты, полученному в этом цикле системой:

.

Обратимый и необратимый процессы.

       Термодинамический процесс называется обратимым, если он может происходить как в прямом, так и в обратном направлении. Причем, если такой процесс происходит сначала в прямом, а затем в обратном направлении и система возвращается в исходное состояние, то в окружающей среде и в этой системе не происходит никаких изменений. Всякий процесс, не удовлетворяющий этим условиям, является необратимым.

       Реальные процессы необратимы, в них всегда происходит диссипация (потеря) энергии (из-за трения, теплопроводности и т. д.). Обратимые процессы – это физическая модель – это идеализация реальных процессов.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41