Цикл Карно

Работу можно произвести только с помощью системы тел, не находящихся в тепловом равновесии друг с другом.

Пусть существует система, состоящая их двух тел с различной температурой.

.

Следующие стадии предлагаемого процесса. Рабочее тело отсоединено от нагревателя, теплоизолировано и подвергнуто дальнейшему расширению, на этот раз адиабатическому. При этом газ охлаждается, а расширение продолжается до тех пор, пока температура газа не упадет до температуры охладителя Т₁. Этот процесс изображается на диаграмме адиабатой ВС, более крутой, чем изотерма АВ, поскольку при адиабатическом расширении давление падает быстрее, чем при изотермическом расширении.

Далее рабочее тело приведено в соприкосновение с охладителем и газ изотермически (при температуре Т₁) сжат, причем он отдает некоторое количество тепла охладителю.

Последняя стадия – отсоединение рабочего тела от охладителя и его адиабатическое сжатие. В результате тело возвращается в исходное состояние. Для этого надо должным образом подобрать точку D, т. е. объем, до которого доводится изотермическое сжатие CD.

Таким образом, рабочее тело испытало круговой процесс, возвратившись в исходное состояние, но произведя при этом определенную работу, изображающуюся площадью криволинейного четырехугольника ABCD. Совершение этой работы произошло за счет того, что на верхней изотерме рабочее тело отняло у нагревателя большее количество тепла, чем оно отдало охладителю на нижний изотерме. Все этапы этого кругового процесса обратимы и потому произведенная работа – максимальная возможная (при заданной затрате тепла нагревателем).

Описанный процесс называется циклом Карно. Он показывает, что, в принципе, при наличии двух тел с различной температурой можно совершить работу обратимым образом. Будучи максимально возможной, эта работа не зависит от свойств вспомогательного рабочего тела.

КПД.

ШПОРА

Природа необратимости

состояние равновесия, в котором макроскопическое движение отсутствует, может осуществиться неизмеримо большим числом способов, чем состояние, в котором значительная энергия сконцентрирована в виде кинетической энергии упорядоченного движения – движения тела как целого.

Таким образом, переход из неравновесного состояния в равновесное представляет собой переход из состояния, которое может осуществиться меньшим числом способов, в состояние, которое может осуществиться большим числом способов. Ясно, что наиболее вероятным будет то состояние тела (или системы тел), которое может осуществиться наибольшим числом способов,– это и будет состояние теплового равновесия. Поэтому, если предоставленная самой себе (т. е. замкнутая) система в некоторый момент времени не находится в состоянии равновесия, то в последующее время подавляюще вероятным будет переход ее в состояние, которое может осуществиться несравненно большим числом способов, т. е. приближение к равновесию.

Наоборот, после того как замкнутая система пришла в состояние равновесия, подавляюще маловероятным был бы самопроизвольный выход системы из этого состояния.

Таким образом, необратимость тепловых процессов имеет вероятностный характер.

Количественной характеристикой теплового состояния тела, описывающей его стремление переходить в другие состояния, является число микроскопических способов, которым это состояние может быть осуществлено. Это число называют статистическим весом состояния; обозначим его буквой Г. Тело, предоставленное самому себе, стремится перейти в состояние с большим статистическим весом. Принято, однако, пользоваться не самим числом Г, а его логарифмом, который еще умножают на постоянную Больцмана k.

Определенную таким образом величину S = klnГ называют энтропией тела.

dS=dQ/T

S=S1+S2- энтропия системы