Другий закон термодинаміки

Якщо предметом дослідження першого закону термодинаміки є термодинамічний процес, то предметом дослідження другого закону термодинаміки є термодинамічний цикл.

Перший закон термодинаміки встановлює кількісні співвідношення між теплотою, внутрішньою енергією та роботою, другий — напрямок перебігу циклу або якісний розподіл між видами енергій. Другий закон, як і перший, має ряд визначень.

1. Довільно, сама собою теплота не передається від тіл з вищою температурою до тіл з нижчою, тобто передача теплоти здійснюється до досягнення рівності температур.

2. Перетворення теплоти в корисну роботу у теплових машинах відбувається лише при переході теплоти від нагрітого тіла до холодного.

3. Неможлива робота вічного двигуна другого роду, в якому вся підведена теплота перетворювалася б у зовнішню корисну роботу; частина теплоти обов’язково передається нижньому джерелу теплоти.

4. Неможливий цикл, для якого теплота самостійно переходила б від холодних до нагрітих тіл (термотрансформатори). Для здійснення цього циклу необхідно затратити або підвести енергію ззовні.

Отже, в результаті здійснення прямого циклу отримується зовнішня корисна робота. Прямий перебіг циклу зображається за годинниковою стрілкою. Цикл, для здійснення якого необхідно затратити роботу ззовні—називається оберненим, зображається і протікає проти годинникової стрілки. За прямим циклом працюють усі теплові машини, за оберненим—термотрансформатори (холодильні машини, теплові насоси) і компресори.

На основі другого закону термодинаміки формулюється термодинамічний аналіз циклів машин, тобто ефективність перетворення теплоти в роботу. Основною частиною аналізу є поняття термічного коефіцієнта корисної дії і холодильного коефіцієнта. Аналітичним виразом другого закону термодинаміки є рівняння:

де знак „=” для ідеальних циклів, а знак „<” для реальних. Цей інтеграл в термодинаміці відомий як інтеграл Клаузіуса.