Второй закон термодинамики. Движущей силой любого процесса, совершающегося в системе, является ее неустойчивость
Движущей силой любого процесса, совершающегося в системе, является ее неустойчивость. Только в этом случае система самопроизвольно переходит из неустойчивого в устойчивое состояние. Брусок, расположенный на определенной высоте, самопроизвольно падает на поверхность пола, но никогда не вернется в исходное положение самопроизвольно. Заметим, что потенциальная энергия падающего бруска спонтанно уменьшается. Возможно, направление самопроизвольного процесса связано со стремлением системы к минимуму энергии? Но в соответствии с первым законом термодинамики в окружающей среде происходит самопроизвольное возрастание энергии на ту же величину. Другими словами, изменение энергии системы и окружающей среды не может служить критерием направления самопроизвольного процесса. В конце XIX и начале ХХ вв. два выдающихся физика-теоретика Р. Клаузиус и В. Томсон в своих исследованиях установили, что полное количество энергии в любом процессе должно сохраняться в соответствии с первым законом термодинамики, а распределение имеющейся энергии осуществляется необратимым образом. Последняя фраза означает, что энергия превращается самопроизвольно в менее ценные формы. Одна из многих формулировок второго закона термодинамики утверждает: невозможен круговой (циклический) процесс, имеющий единственным своим результатом превращение теплоты в работу. Поршни в двигателе автомобиля должны совершать циклически повторяющиеся движения, чтобы заставить вращаться коленчатый вал. При этом в атмосферу выбрасываются горячие выхлопные газы. Следовательно, часть энергии, выделяющаяся при сжигании топлива, расходуется не на движение автомобиля, а на нагревание окружающей среды. И эта энергия не может быть превращена в работу. В начале XIX в. французский инженер С. Карно доказал, что идеальная тепловая машина, действующая циклически (цикл Карно), не может полностью превратить теплоту в работу. Позже математическое выражение коэффициента полезного действия машины h, работающей по циклу Карно, дал соотечественник Карно, инженер Б. Клапейрон: h В двигателе современного автомобиля температура сгорания топлива достигает 14000С (1673 К). Выхлопные газы, выбрасываемые в атмосферу, имеют температуру около 10000С (1273 К). Коэффициент полезного действия такого двигателя составляет: h = (1673-1273)/1673 = 0, 24 или 24%.
|
или h 
.
