Второй закон термодинамики

      Здравствуйте! Первый закон термодинамики устанавливает только количественную зависимость между теплотой и работой, не ограничиваясь условиями, при которых возможен переход теплоты в работу, и наоборот.

     Второй закон термодинамики, как бы в дополнение к первому, говорит о необратимости всех реальных процессов, об условиях, при которых возможно превращение тепловой энергии в механическую, о направлении протекания того или иного процесса. Сущность этого закона была изложена великим французским ученым Сади Карно и развита работами Р. Клаузиуса, Б.Томсона (Кельвина) и др.

     Имеется несколько равноценных между собой формулировок второго закона термодинамики, являющихся постулатами, то есть определениями, принимаемыми без доказательств. Они приводятся ниже.

1.Теплота не может быть полностью превращена в работу, и поэтому КПД теплового двигателя никогда не будет равен единице.

2. Для получения работы необходимо существование двух рабочих тел с разной температурой —тела, отдающего теплоту с высокой температурой,  и тела, принимающего теплоту, с низкой температурой, куда переходит теплота, которая не превратилась в работу.

3. Теплота не может сама по себе переходить от холодного тела к более нагретому, без применения внешнего воздействия (Клаузиус).

     Работа тепловых двигателей возможна при следующих условиях: они всегда должны работать в определенном перепаде температур от T1 до Т2 и притом циклично, то есть по принципу непрерывно повторяющихся циклов, возвращающих тело в первоначальное состояние. Чтобы осуществить замкнутый процесс, следует провести несколько прямых и обратных процессов.

      При этом на проведение обратных процессов тепловые двигатели не получают работы от окружающей среды, а используют некоторую долю производимой ими работы расширения. Следовательно, работа расширения в цикле теплового двигателя всегда должна превышать работу сжатия.

      Для превращения теплоты в работу необходимо располагать как источником теплоты, с которым периодически сообщается рабочее тело, так и теплоприемником. Опыт показывает, что, располагая лишь одним источником тепла, невозможно превратить теплоту в работу. Это положение, которое является одной из формулировок второго закона термодинамики, впервые установлено французским военным инженером Сади Карно.

      Из формулировки Клаузиуса следует, что в системе, находящейся в тепловом равновесии, невозможно превратить теплоту в работу. Действительно, если бы самопроизвольный переход теплоты от холодных тел к горячим был возможен, то в равновесной изолированной системе можно было бы без внешнего воздействия получить два источника с различной температурой и с помощью двигателя превратить теплоту в работу.

      Если бы можно было осуществить тепловой двигатель с одним источником теплоты, то мы получили бы практически неисчерпаемый источник энергии, так как в окружающей нас среде имеются значительные запасы теплоты, находящейся в состоянии, близком к тепловому равновесию.

      Тепловой двигатель, работающий при одном источнике теплоты, и целиком превращающий в работу теплоту, получаемую из окружающей среды, называют вечным двигателем второго рода. Таким образом, второй закон термодинамики указывает на невозможность создания вечного двигателя второго рода. Исп. литература: 1) Теплотехника и теплотехническое оборудование предприятий промышленности строительных материалов и изделий, Н.М. Никифорова, под ред. Н.В. Тресковой, Москва, «Высшая школа», 1981. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.