Термодинамиканың екінші заңы

 

Термодинамиканың екінші заңы табиғаттағы процестердің жүру бағытын көрсетеді.

Өзін қоршаған кеңістікте ешқандай қалдық өзгерістер болмайтындай түрде жүретін термодинамикалық процесті қайтымды процесс деп атайды. Қайтымды процесс кезінде термодинамикалық жүйе бастапқы күйіне қайта келеді.

Сыртқы ортада өзгерістер қалатындай түрде жүретін процесті қайтымсыз процесс деп атайды. Қайтымсыз процесс кезінде жүйе бұрынғы күйіне қайтып келмейді. Үйкеліс, кедергі күштерімен жүретін процестер қайтымсыз процесс болып табылады.

Жылу алмасу кезінде жүретін процесс қайтымсыз процесс болып табылады.

Тұйық процестер

Термодинамикалық жүйе бастапқы күйіне қайтып келетіндей түрде жүретін термодинамикалық процестердің жиынтығын тұйық процесс немесе цикл деп атайды.

Тұйық процестер немесе циклдер барлық жылу машиналарының жұмыс істеу принципінің негізі болып табылады. Заттардың ішкі энергиясын энергияның кез келген түріне айналдыратын механизмдерді жылу машиналары деп атайды. Жылу машиналарына іштен жану двигательдері, пар немесе газ турбиналары, салқындатқыштар және т.б. қондырғылар жатады.

Тұйық процеске қатысатын денені жұмыс денесі деп атайды. Көп жағдайда жұмыс денесі газ болып табылады.

 

Суретте көрсетілген тұйық процесте

 

Карно циклі

Негізінен жылу машиналары Карно циклімен жұмыс атқарады. Карно циклі 2 изотермадан және 2 адиабатадан тұрады.

 

 

1) 1 – 2 – изотермиялық ұлғаю.

2) 2 – 3 – адиабаталық ұлғаю.

3) 3 – 4 – изотермиялық сығылу.

4) 4 – 1 – адиабаталық сығылу.

Карно циклімен жұмыс кез-келген жұмыс машинасы температурасы Т₁ қыздырғыштан (1), жұмыс денесінен (3) және температурасы Т₂ салқындатқыштан (2) тұрады (сурет).

Карно, шексіз жай ағатын (үйкелістен жоғалуы) 1-2-3-4 процессті қарастырған, сол себептен жұмысшы заттар механикалық тепе-теңдікте болады. Бұдан басқа, жұмыстық денемен температура көзі Т1 арасындағы, 1-2 изотерма бойында және Т2, 3-4 бойында шексіз аздаған температура айырмашылығы бар. Сонымен, термиялық тепе-теңдік сақталады. Сондықтан, цикл, қайтымды деп саналады. Бұл циклды, Карноның идеалды циклы деп атайды.

Бірінші теоремасы:жылулық қозғалтқыштың пайдалы әсер коэффициенті туралы теорема. Оны француз оқымыстысы Н.Л.С. Карно (1796 – 1832) тұжырымдаған (1824). Карно теоремасы бойынша Карно циклінің пайдалы әсер коэффициенті [η=(T1–T2)/T1, мұндағы T1 – қыздырғыштың температурасы, T2 – суытқыштың темп-расы] жұмыстық дененің табиғатына және жылулық қозғалтқыштың құралымына тәуелді болмайды, ол тек қыздырғыш (T1) пен суытқыштың (T2) температураларымен ғана анықталады. пайдалы әсер коэффициенті термодинамиканың екінші бастамасын тұжырымдау кезінде маңызды рөл атқарды;

Екінші теоремасы:соққы теориясында – абсолют серпімсіз соққы кезіндегі кинетикалық энергияның кемуі жайлы теорема.Соққы кезіндегі жүйенің кинетикалық энергиясының кемуі, жүйе нүктелерінің кеміген жылдамдықпен қозғалған кезіндегі кинетикалық энергиясына тең.

 

Бір циклде жұмыс денесі қыздырғыштан Q₁ жылу мөлшерін алады, салқындатқышқа Q₂ жылу мөлшері береді және сыртқы денелермен А жұмыс атқарады.

.

Кез-келген қондырғының тиімділігі - пайдалы әсер коэффициентімен анықталады.

.

Жылу машинасының пайдалы әсер коэффициенті бір цикл кезінде атқарылған пайдалы жұмысының қыздырғыштан алынған жылу мөлшеріне қатынасына тең болады.

 

Энтропия

Термодинамикалық жүйенің күйін анықтайтын шаманың бірі энтропия болып табылады. Энтропия зат молекулаларының қозғалысының тәртіпсіздігінің мөлшері болып табылады. Өлшем бірлігі

мұндағы: - күй ықтималдығы.

.

Қайтымды тұйық процесте энтропиялық өзгерісі нольге тең.

Кез-келген жылу машинаның пайдалы әсер коэффициенті идеал жылу машинаның пайдалы әсер коэффициентінен үлкен болмайды.

Идеал жылу машинаның пайдалы әсер коэффициенті

Идеал жылу машинаның пайдалы әсер коэффициенті тек қыздырғыш пен салқындатқыштың температурасына тәуелді.

Термодинамиканың екінші заңы:

1. Сыртқы ортада ешқандай өзгеріс болмаған жағдайда ешқашан салқын денеден ыстық денеге жылу берілмейді.

2. Дененің ішкі энергиясының есебінен шексіз жұмыс атқару мүмкін емес. .

3. Кез-келген процестерде жүйенің энтропиясы кемімейді.

Термодинамиканың үшінші заңы (Нернст теоремасы)

.

Абсолют нольде термодинамикалық жүйенің энтропиясы нольге тең болады.

 

Термодинамиканың үшінші бастамасы — абсолюттік нөлге жуық температура маңында, реакцияның жылу эффектісі мен максимал жұмысты сипаттайтын қисық сызықтар өзара бірігіп кетеді, ал олардың ортақ жанамасы температуа осіне параллель болады дейтін, химиялық реакцияларға тән эксперименттік нәтижелерді қорытындылаудан туатын постулат.