конспект из книгиии задание ненадо только нужные слова

§ 15. Необратимость тепловых процессов. Второй закон термодинамики

На этом уроке вы: • научитесь отличать обратимые и необратимые процессы, объяснять и применять второй закон термодинамики.

Ключевые слова: ✓ обратимые и необратимые процессы ✓ второй закон термодинамики

Первый закон термодинамики — закон сохранения энергии для тепловых процессов. Он устанавливает связь между количеством теплоты \(Q\), полученной системой, изменением её внутренней энергии \(\Delta U\) и работой \(A\), совершённой газом:

\[ Q = \Delta U + A. \]

(14.3)

Согласно этому закону, энергия не может быть создана или уничтожена; она передаётся от одной системы к другой и превращается из одной формы в другую. Процессы, нарушающие первый закон термодинамики, никогда не наблюдались, т. е. возможны любые процессы, в которых энергия остаётся неизменной.

Первый закон термодинамики не отвечает на вопрос: в каком направлении протекает тепловой процесс.

Примером правила: Если привести в контакт два тела с температурами \(T_1\) и \(T_2\), то часть энергии будет передаваться от более нагретого тела к более холодному и через некоторое время наступит тепловое равновесие. Первый закон не был бы нарушен, если бы теплота передавалась от более холодного тела к более горячему при условии, что количество теплоты, отданное холодным телом, равно количеству теплоты, полученное горячим. Однако, как показывает опыт, тепловые процессы могут протекать только в одном направлении — от более горячего тела к более холодному.

Приведём ещё один пример: при падении камня с некоторой высоты происходит превращение потенциальной энергии в кинетическую, а затем во внутреннюю энергию камня и тела, о которое ударяется. Но обратно самопроизвольного перехода внутренней энергии камня в потенциальную энергию не происходит. Или, например: при котором в камере, помещённой в термостат, при температуре, при которой камень поднялся бы на прежнюю высоту. Это в жизни мы не наблюдаем. Этот процесс необратимый.

Практически все процессы в природе, в том числе и тепловые, являются необратимыми.

Положение о необратимости естественных процессов, представленное в виде одного закона природы, называется вторым законом термодинамики.

Обратимыми называются процессы перехода системы из одного равновесного состояния в другое, которые можно провести в обратном направлении через ту же последовательность промежуточных состояний. При этом сама система и окружающие тела возвращаются в исходное состояние. Обратимыми являются механические процессы.

Процессы [неразборчиво] работы во внутреннюю энергию (например, из-за наличия трения), процессы необратимы. Необратимыми являются также процессы, протекающие в природе при наличии трения и т. п. Все реальные процессы необратимы.

Первый закон термодинамики не может отличить обратимые процессы от необратимых. Он просто требует от термодинамической системы сохранения энергии. Направление самопроизвольного процесса, или, иначе, направление развития, устанавливает второй закон термодинамики. Он может быть сформулирован в виде запрета на определённые виды [обрезано]

Существует несколько формулировок второго закона термодинамики.

Формулировка Р. Клаузиуса: Теплота передаётся сама собой от более нагретого тела к менее нагретому, но не наоборот.

Формулировка У. Кельвина: В циклически действующей тепловой машине невозможно преобразование в механическую работу всего количества теплоты, полученного от единственного теплового резервуара.

Гипотетическая тепловая машина, в которой мог бы происходить такой процесс, называется вечным двигателем второго рода. В земных условиях такая машина могла бы отбирать теплоту, например, у Мирового океана и полностью превращать её в работу. Масса воды в Мировом океане при его охлаждении на один градус выделила бы огромное количество энергии (~\(10^{24}\) Дж), однако это не противоречит закону сохранения энергии, но запрещено вторым законом термодинамики: если бы такое устройство существовало, оно бы позволило человечеству не менее чем в 10 000 раз увеличить производство энергии по сравнению с современным уровнем.