Радушкевич Л.В. Курс термодинамики (1185140), страница 13
Текст из файла (страница 13)
е. закона сохранения энергии, представляет собой точный закон. Задачи 1. Вычислить работу, совершаемую при обратимом изотермическом расширении! моля газа, следующего уравнению Ван-дер-Ваальса, 2. Вывести уравнение Р. Майера для идеального газа из общего выражения (2,10') для теплоемкостей. 3. Доказать, что для идеального газа скрытая изотермическая теплота расширения равна 1=С=НТ!п —. Уз У,' 4. Как изменится температура воздуха, если его адиабатически сжать от давления в 1 агм до давления 1ОО атм, а начальная температура была 27'С? удН1 5. Доказать, что Ср — — ~ — ), пользуясь общим выражением для эн'т дТ ?р ' тальпии.
6. В каких политропических процессах теплоемкость С„ является отрицательной, когда она положительна и когда равна нулю? Глава 8 ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ. ЭНТРОПИЯ И ЕЕ СВОЙСТВА КАК ФУНКЦИИ СОСТОЯНИЯ $ с ОБРдтимые и НБОБРдтимые пРОцессы Второе начало термодинамики, вкратце излагаемое в общем курсе физики, как закон роста энтропии в изолированной системе и как принцип рассеяния энергии является вполне самостоятельным положением, которое ие может быть выведено нз первого начала. В законе сохранения энергии не содержится указания на направление процессов в изолированной системе, тогда как из второго начала следует вывод о некоторой направленности процессов в такой системе.
Однако сначала необходимо остановиться на разделении процессов в системе на обратимые и необратимы е процессы, так как понимание сущности второго начала невозможно без их определения и выяснения различия между ними. Ранее было отмечено, что квазистатическими процессами называются такие процессы, в которых на каждой их стадии параметры состояния являются вполне определенными.
Если система находится в равновесии и параметры ее заданы, то некоторое изменение последних уже выводит систему из равно. весия и ее параметры становятся переменными, различными в отдельных частях системы (локальные параметры). Очевидно, для того чтобы в новом, отличном от первого состоянии-система могла быть охарактеризована новыми макропараметрами, необходимо, чтобы изменения их были каждый раз как можно менее заметными. Так, например, в простейшем случае, когда происходит изменение давления и температуры тела,то для осуществления квазистатического (равновесного) процесса должны соблюдаться условия: !) упругость тела должна бесконечно мало отличаться от внешнего давления; 2) температура тела во все время изменения состояния должна бесконечно мало отличаться от температуры источников тепла.
Соответственно этим требованиям, если мы хотим произвести равновесное расширение газа, мы должны последний поместить, например, в цилиндр с поршнем, на котором находится груз, 64 Глава 3. Второе начало термодинамики Энтролил и ее свластва состоящий из маленьких дробинок или песчинок. Снимая постепенно одну песчинку за другой, мы можем сколь угодно увеличивать объем газа, так что в этом процессе допустимо считать, что упругость газа каждый раз равна внешнему давлению. Если необходимо нагреть жидкость, имеющую первоначальную температуру, положим от 20 до 100'С, то мы вначале применяем источник тепла с температурой 20,0001'С, который приводим в соприкосновение с жидкостью; затем переходим к источнику с температурой 20,0002'С и т. д.
Каждый раз при этом жидкость соприкасается с источником тепла, имеющим температуру, на 0,0001'С превышающую температуру жидкости. В этих условиях допустимо считать, что процесс нагревания являлся равновесным. Описанные здесь равновесные процессы относятся к более широкому классу процессов, называемых обратимыми в отличие от необратимых процессов, примеры которых будут даны ниже. Необходимо подчеркнуть, что это деление в термодинамике имеет смысл лишь в применении к конечной изолированной системе. Распространение этих понятий на неограниченную или неизолированную систему недопустимо и может привести к ошибкам в понимании второго начала. Обратимыми процессами в изолированной системе называются такие процессы, которые можно обернуть без каких-либо изменений в свойствах атой системы.
Пусть на диаграмме состояний с координатами х, у, г такой процесс изображается линией АВ (рис. 10) и изменение состояния происходит по направлению А — иВ. Тогда процесс, идущий по той же кривой в направлении  — +А, называется обратным по отношению к первому. Ясно, что в обратном процессе последовательность состояний является в точности обратной к прямому процессу. При заданных начальных и конечных условиях прямого процесса обратный процесс характеризуется обратными начальными и конечными условиями.
Обратимыми процессами называются такие, при которых в системе никаких изменений при обращении процесса не происходит, т. е. безразлично, идет ли процесс А — +В или  — т.А. Необратимые процессы представляют собой такие изменения состояния в изолированной системе, когда при обращении процессов свойства У всей системы меняются. Иначе говоря, в обратном необратимом процессе в Рнт.
10. изолированной системе протекают та- б !. Обратимые и необратимые процессы кие явления, которых не было в прямом процессе. Следовательно, ход процессов А — ~В и  — +А не безразличен для системы в целом. Не следует думать, что по отношению к данному телу системы необратимый процесс нельзя обернуть. Действительно, если А — кривая прямого для данного тела процесса, идущего в направлении А - В, то принципиально всегда возможно осуществить с выделенным телом системы в точности обратную последовательность состояний, т.
е. провести процесс  — +А по той же кривой. Важно, что при этом в самой системе придется совершить дополнительные изменения, которых не было при прямом процессе. Таким образом, эти процессы являются необратимыми именно по отношению к изолированной системе, а не по отношению к отдельному телу системы, для которого всегда можно осуществить прямое и обратное течение процессов.
По поводу необратимости Планк говорит, что «с каждым необратимым процессом система делает некоторый такой шаг вперед, следы которого ни при каких обстоятельствах не могут быть уничтожены». Каждый необратимый процесс вносит непоправимые изменения в систему. К необратимым процессам относятся следующие простейшие процессы в изолированной системе: 1. Теплопроводн ость при конечной р аз ности т е м п е р а т у р. Если привести в соприкосновение горячее тело с холодным, то начнется переход тепла от первого ко второму и будет продолжаться, пока не произойдет выравнивания температур.
В начале процесса система характеризуется следующими условиями: горячее тело имеет температуру Ть холодное обладает температурой Ть В конечном состоянии оба тела имеют температуру Т и Т1>Т>Т» Прямой процесс легко, как говорят, «сам собой» протекает в системе и не требует никаких условий, кроме соприкосновения двух тел. Если попытаться обернуть этот процесс, т.
е. исходя из равной температуры соприкасающихся тел Т достигнуть состояния, когда одно тело стало бы горячим с температурой Ть а другое охладилось бы до Те, то можно убедиться, что в обратном процессе потребуются дополнительные условия, которых не было в прямом, так как сам собой обратный процесс не пойдет. Из опыта мы знаем, что, сколько бы мы ни наблюдали двух тел одинаковой температуры, приведенных в соприкосновение, нам не удастся заметить, что сама по себе возникает заметная разность температур, когда одно тело само нагреется, а другое само охладится. Такой процесс не противоречил бы первому началу, но мы его не наблюдаем.
Таким образом, в изолированной системе теплопроводность — необратимый процесс. 2. Д в и ж е н не с т р е н и ем. При скольжении одного твердого тела по поверхности другого или при взаимном скольжении ББ Глава 8. Второе напало термодинамики, Энтропия и ее свойства слоев жидкости всегда возникает трение; такой процесс является необратимым, так как в нем за счет механической энергии движения совершается работа против сил трения. При этом соприкасающиеся поверхности нагреваются. За счет энергии тела, пошедшей на преодоление трения, выделилось некоторое количество теплоты, которую необходимо сообщить системе в обратном процессе, чтобы получить вновь механическую энергию взаимного движения тел, И хотя полученную теплоту вновь превратить в работу возможно, но так как сам собой обратный процесс не пойдет, то, чтобы его осуществить, понадобятся специальные приспособления, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
