title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Второй закон термодинамики

Второй закон термодинамики

В технике известны три вида процессов: а) процессы, для проведения которых требуется затрата энергии извне; таковы электролиз воды, раствора сульфата цинка, движение транспорта; б) процессы, которые протекают без затраты энергии, но не дают возможности получить работу, например движение маятника; в) самопроизвольные процессы, протекающие без затраты энергии извне и создающие возможность получения работы против внешних сил; таковы падение тел, горение топлива, окисление же теза.
Второй закон устанавливает, какие процессы могут протекать самопроизвольно, каков предел их протекания и какое количество работы может быть при этом получено.
Самопроизвольно могут протекать процессы, во время протекания которых выравниваются показатели интенсивности: понижается температура, падает напряжение, снижается давление и т. д. Во всех этих процессах в системе остается запас энергии, которая не может быть использована, так как показатели интенсивности выравнялись. Примером может служить вода океанов. Запас тепла в ней огромен, но это тепло не может быть использовано, так как нет второго резервуара для перевода в него тепла океанской воды.
Это очевидное положение долгое время не было ясным, и делалось много попыток построить тепловую машину, работающую без источника интенсивного тепла. Эти попытки окончились неудачей. Небыли ясными и причины низкого использования тепла в машинах. Более 100 лет применялся, например, паровоз, который использовал только 4—9% тепла топлива на полезную работу.
Две формулировки второго закона наиболее доступны:
1) тепло не может самопроизвольно переходить от более холодного тела к более теплому;
2) невозможен процесс, единственным результатом которого был бы переход тепла в работу.
Вторая формулировка указывает на неизбежность потерь тепла за счет выравнивания температур горячего рабочего тела (интенсивное тепло) с окружающей средой (экстенсивное тепло). Выхлопные газы (пар) обязательно уносят с собой часть поданного в машину тепла.
Рассмотрим в качестве примера, связанного со второй формулировкой, испарение 1 моля воды во время кипения и определим, сколько тепла израсходовано на этот процесс и сколько его затрачено на работу образования пара при давлении 10в5 Па.
Весь расход тепла 18*540 = 9720, в том числе внешняя работа
Второй закон термодинамики

Потребление тепла на производство работы (746 : 9720)*100 = 7,67 %. Эта работа затрачена на образование пара, на создание нового состояния системы. Следовательно, 92,33% тепла потеряно на изменение запаса тепла рабочего тела и 7,67% на переход его в другую форму. Оказалось полезным ввести функцию состояния вещества — энтропию, определяемую как S = Q : T или для любого процесса AS = AQT, т. е. количество тепла, потерянное в рабочем теле, равно AST.
В нашем примере AS = 9720 : 373 = 26,0 энтропийных единиц, или 109 Дж/(моль град К). Все подведенное тепло пошло на изменение состояния системы. Полагают — постулат М. Планка — что энтропия чистого кристаллического вещества при абсолютном нуле равна нулю. Это дает возможность подсчитать абсолютное значение энтропии (при стандартных условиях T = 298 К). Если известны теплоемкость и все превращения вещества во время нагревания от 0 до 298 К, то

Здесь Cv и др. — средние теплоемкости в интервале АТ; q — теплота перехода вещества из одной кристаллической формы в другую, в том числе теплоты плавления и испарения и др.
Значения энтропии в стандартных условиях приводятся в справочной литературе. Их используют при расчетах равновесий металлургических процессов

title-icon Подобные новости