ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ

Термодинамика возникла как наука о законах превращения тепла в работу. Однако, законы термодинамики оказались настолько общим, что обеспечили успешное применение термодинамических методов в самых различных областях физики, химии, для изучения свойств вещества и излучения.

Основу термодинамики образуют два ее начала. Первое начало, кроме известной формулировки, можно сформулировать еще и следующим образом: невозможен вечный двигатель первого рода, т. е. такой периодически действующий двигатель, который совершал бы работу в количестве большем, чем получаемое извне тепло.

Всякий тепловой двигатель представляет собой систему, многократной совершающую некоторый цикл. При этом рабочее вещество расширяется от V1 до V2, совершая работу, а затем сжимается до первоначального объема. Чтобы работа за цикл была продолжительна необходима, чтобы в ходе расширения давление, а значит и температура были выше, чем в ходе сжатия. Для этого рабочему телу при расширении необходимо сообщать некоторое количество тепла Q1, а при сжатии отбирать некоторое Q2, При этом работа, совершается за цикл по первому началу:

A=Q1 –Q2(10)

Такой периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет получаемого извне тепла будем называть тепловой машиной. Поскольку любая тепловая машина совершат работы меньше, чем получает тепла, то их принято характеризовать коэффициентом полезного действия.

(11)

Второе начало термодинамики формулируют также несколькими способами. Клаузиус: невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых был бы переход тепла от тела менее нагретого к телу более нагретому. Можно доказать, что процессы не удовлетворяющие формулировке Клаузиуса сопровождаются уменьшением энтропии, а значит противоречит известной формулировке 2 начала. Следовательно, формулировки эквивалентны.

Кельвин сформулировал 2НТ так: невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых явилось бы отнятие тепла от некоторого тела и превращение его полностью в работу. Эта формулировка эквивалентна формулировке Клаузиуса. Действительно, если процессы, противоречащие Кельвину были бы возможны, то, забрав у холодного тела некоторое тепло, можно было бы посредствам трения перевести работу, полученную из этого тепла, в тепло при более высокой температуре, что противоречит формулировке Клаузиуса.

Периодически действующий двигатель, полностью преобразующий в работу получаемое тепло, называют двигателем второго рода. А второе начало формулируют так: невозможен вечный двигатель второго рода.