Законы термодинамики

Формулировка У. Кельвина:

 Невозможно  осуществить такой периодический  процесс, единственным результатом  которого было бы получение  работы за счет теплоты, взятой  от одного источника. Иначе  говоря, ни один тепловой двигатель  не может иметь коэффициент  полезного действия, равный единице.  Под коэффициентом полезного  действия ƞ теплового двигателя  понимают отношение совершенной  машиной работы А к количеству полученной для этой цели теплоты Q: 
 

Второе начало термодинамики доказывает невозможность  создания вечного двигателя второго  рода (Perpetuum mobile 2-го рода), т.е. двигатель, совершающий работу за счет охлаждения какого – либо одного тела. 

Кроме того, отсюда также следует, что все реальные процессы, происходящие в материальном мире в открытых системах, необратимы. 

Ограничения

С точки зрения статистической физики второе начало термодинамики имеет статистический характер: оно справедливо для наиболее вероятного поведения системы. Существование флуктуаций препятствует точному его выполнению, однако вероятность сколь-нибудь значительного нарушения крайне мала. В то же время второе начало термодинамики имеет ограниченную область применения: оно применимо лишь к макроскопическим системам.

Второе  начало термодинамики в задачах.

  Методы:

1. В задачах  на расчет изменения энтропии  используются ее важнейшие свойства:

     А)  Энтропия является функцией состояния

     В)  Энтропия сложной системы равна  сумме энтропий её частей (свойство  аддитивности).

2. Рассчитывая  изменение энтропии тела по  формуле

S_B - S_A=,

Следует помнить, что здесь dQ означает количество теплоты, полученное телом. Поэтому, если тело отдает тепло, величину dQ следует ставить в формулу со знаком минус.

  3. Если переход  тела из начального состояния  в конечное осуществляется несколькими,  последовательно протекающими процессами, то полное изменение энтропии  равно алгебраической сумме изменений  энтропии в каждом процессе.

  4. Соотношение  формулы выражает изменение энтропии  только в обратимом процессе 
 

2.4. Третье начало  термодинамики. 

  Третье начало  термодинамики   позволяет находить абсолютное значение энтропии, что нельзя сделать на основе первого и второго начал. Согласно этому закону, энтропия S любой системы стремится к конечному для неё пределу, не зависящему от давления, плотности или фазы, при стремлении температуры (Т) к абсолютному нулю.  

История открытия.

В начале ХХ в. (1906 – 1912 гг.) в результате исследований свойств тел при низких температурах Нернстом было установлено третье начало термодинамики, которое после долгих лет обсуждения в настоящее время так же прочно обосновано, как и первые два начала. 

Формулировки:

Теорема Нернста: Энтропия любой системы при абсолютном нуле температуры всегда может быть принята равной нулю.

 

Макс  Планк в 1911 году дал другую формулировку третьего начала термодинамики - как условие обращения в нуль энтропии всех тел при стремлении температуры к абсолютному нулю:

 

Отсюда S₀=0. Это даёт возможность определять абсолютное значения энтропии и других термодинамических потенциалов.

Следствия:

       1. Недостижимость абсолютного нуля температур

Из третьего начала термодинамики следует, что  абсолютного нуля температуры нельзя достигнуть ни в каком конечном процессе, связанном с изменением энтропии, к нему можно лишь асимптотически приближаться, поэтому третье начало термодинамики иногда формулируют как принцип недостижимости абсолютного нуля температуры.

      2. Поведение термодинамических коэффициентов

Из третьего начала термодинамики вытекает ряд  термодинамических следствий: при должны стремиться к нулю теплоёмкости при постоянном давлении и при постоянном объёме, коэффициенты теплового расширения и некоторые аналогичные величины. Справедливость третьего начала термодинамики одно время подвергалась сомнению, но позже было выяснено, что все кажущиеся противоречия (ненулевое значение энтропии у ряда веществ при T = 0) связаны с метастабильными состояниями вещества, которые нельзя считать термодинамически равновесными. 

Ограничения:

Третье начало термодинамики относится только к равновесным состояниям. 
 
 
 

Заключение.

Фундаментальные законы, совокупность которых составляет аксиомы термодинамики, называются началами термодинамики. Не все эти  законы одинаковы по своему физическому  значению и общности; однако они  эквивалентны в том смысле, что  каждый из них является независимой  аксиомой, которая не может быть исключена при построении термодинамики. Они дополняют друг друга.

Значение начал  термодинамики для развития техники  колоссально. Они предупреждают  инженеров и техников от нереальных, фантастических вымыслов, с одной  стороны, и указывает им реальный путь усовершенствования машины –  с другой. Современные тепловые двигатели, холодильные установки, установки  для сжижения газов и многие другие устройства конструируют на основе этих законов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы:

1. Молекулярная  физика. Термодинамика. Г. Я. Мякишев,  А. З. Синяков. 10 класс (2001 г.).

2. Беседы по  физике (часть I). М. И. Блудов (1984 г.).

3. Хрестоматия  по физике. Б. И. Спасский. (1982 г.).

4. Термодинамика.  Э. Ферми (электронный вариант ).

5. Введение в термодинамику. Статистическая физика (1983) . Леонтович М.А.(электронный вариант).

6.  Кубо Р. Термодинамика (электронный вариант).

7. http// Wikipedia.ru

8. http//interlibrary.narod.ru/

9. http://www.xiron.ru/

10. http//www.abc – people.com

11. www.bigpi.biysk.ru