[Править]Формулировки

Существуют несколько эквивалентных формулировок второго начала термодинамики:

• Постулат Клаузиуса: «Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему»^[1] (такой процесс называетсяпроцессом Клаузиуса).

• Постулат Томсона (Кельвина): «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара» (такой процесс называется процессом Томсона).

Эквивалентность этих формулировок легко показать. В самом деле, допустим, что постулат Клаузиуса неверен, то есть существует процесс, единственным результатом которого была бы передача тепла от более холодного тела к более горячему. Тогда возьмем два тела с различной температурой (нагреватель и холодильник) и проведем несколько циклов тепловой машины, забрав тепло у нагревателя, отдав холодильнику и совершив при этом работу . После этого воспользуемся процессом Клаузиуса и вернем тепло от холодильника нагревателю. В результате получается, что мы совершили работу только за счет отъёма теплоты от нагревателя, то есть постулат Томсона тоже неверен.

С другой стороны, предположим, что неверен постулат Томсона. Тогда можно отнять часть тепла у более холодного тела и превратить в механическую работу. Эту работу можно превратить в тепло, например, с помощью трения, нагрев более горячее тело. Значит, из неверности постулата Томсона следует неверность постулата Клаузиуса.

Таким образом, постулаты Клаузиуса и Томсона эквивалентны.

Другая формулировка второго начала термодинамики основывается на понятии энтропии:

• «Энтропия изолированной системы не может уменьшаться» (закон неубывания энтропии).

Такая формулировка основывается на представлении об энтропии как о функции состояния системы, что также должно быть постулировано.

Второе начало термодинамики в аксиоматической формулировкеРудольфа Юлиуса Клаузиуса (R. J. Clausius, 1865) имеет следующий вид^[2]:

Для любой квазиравновесной термодинамической системы существует однозначная функция термодинамического состояния , называемая энтропией, такая, что ее полный дифференциал .

В состоянии с максимальной энтропией макроскопические необратимые процессы (а процесс передачи тепла всегда является необратимым из-за постулата Клаузиуса) невозможны

31 билет

ассмотрим двухфазную молекулярную систему, состоящую из жидкого и газового компонентов одного и того же вещества. Например, вода и водяной пар, ацетон и пар ацетона и т.д. Если пар и жидкость находятся в динамическом равновесии, то такой пар называют насыщенным.

Динамическое равновесие жидкости и ее пара заключается в том, что за любой интервал времени число испаряющихся из жидкости молекул равно числу сконденсированных в жидкость молекул.

Свойства насыщенного пара заключаются в том, что его давление не зависит от объема, который он занимает, но сильно зависит от температуры, при которой он находится. Фазовый переход однородной системы из одного состояния (например, газового) в другое (например, жидкое) подчиняется закону Клапейрона-Клаузиуса.

(для ν = 1 моль),

(1.4)

где - теплота испарения при температуре Т, - объем одного моля пара, - объем одного моля жидкости, - изменение давления насыщенного пара при изменении температуры на 1 К.

При низких давлениях и высоких температурах можно считать, что и пар подчиняется законам идеальных газов, т.е. и уравнение (1.4) легко преобразуется к виду:

,

(1.5)

где а и b - некоторые константы, связанные с мольными теплоемкостями пара и жидкости и теплотой испарения. Из (1.5) видно, что давление насыщенного пара с ростом температуры растет.

То, что в эксперименте использовали ацетон (лучше эфир) при комнатной температуре и пониженном давлении, как раз и соответствует условию, что насыщенный пар ацетона можно считать идеальным газом.

Медленное изменение объема гофрированного сосуда необходимо, чтобы процесс происходил изотермически. Этому же способствует и то, что ацетон (или эфир) легко испаряются, т.е. при испарении и конденсации температура ни пара, ни жидкости существенно не изменяется. Если же изменять объем быстро, то будет заметное изменение давления. Это связано с тем, что в этом случае процесс неизотермический. Но при прохождении некоторого времени стрелка вакуумметра вернется в такое положение, которое соответствует изотермическому процессу, т.к. ацетон, его пар и окружающая среда придут в термодинамически равновесное состояние.

32 билет

 окружающем нас воздухе практически всегданаходится некоторое количество водяных паров.Влажность воздуха зависит от количества водяного пара, содержащегося в нем.Сырой воздух содержит больший процент молекул воды, чем сухой.Большое значение имеет относительная влажность воздуха, сообщения о которой каждый день звучат в сводках метеопрогноза.

Относительная влажность — это отношение плотности водяного пара, содержащегося в воздухе, к плотности насыщенного пара при данной температуре, выраженное в процентах.