Второе начало термодинамики

Анализ выражения для КПД показывает, что максимальный КПД, равный единице, возможен, если двигатель все получаемое количество тепла будет преобразовывать в работу. Все опытные факты свидетельствуют о невозможности создания такого двигателя (вечный двигатель второго рода), и это было сформулировано в виде второго начала термодинамики.

" Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара" .

Вильям Томсон (лорд Кельвин).

" Теплота не может самопроизвольно переходить от тела менее нагретого к телу более нагретому" .

Рудольф Клаузиус.

Второе начало термодинамики не только установило границы преобразования тепла в работу, но и позволило построить рациональную шкалу температур (термодинамическая шкала температур) и установить направление процессов, происходящих в теплоизолированных системах.

Цикл Карно и теорема Карно

В 1824 г. С. Карно предложил и исследовал идеальный тепловой цикл, названный в последствии циклом Карно. Этот цикл состоит из двух изотерм и двух адиабат (рис. 21). Карно также сформулировал две теоремы, определяющие максимальное значение КПД теплового двигателя.

" Коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей по циклу Карно, зависит только от температур Т1 и Т2 нагревателя и холодильника, но не зависит от устройства машины, а также от вида используемого рабочего вещества" .

" Коэффициент полезного действия всякой тепловой машины не может превосходить коэффициента полезного действия идеальной машины, работающей по циклу Карно с теми же самыми температурами нагревателя и холодильника" .

Рис. 21.

• 1?2, 3?4, — изотермические расширение и сжатие,
• 2?3, 4?1- адиабатические расширение и сжатие.

В процессе 1?2, поэтому.

Q1 =.

В процессе 3?4 U = const, поэтому.

.

Используя уравнения для адиабатического процесса можно показать, что.

.

Тогда.

.