Второй закон термодинамики

он происходит.
Так, при +10 оС лед самопроизвольно плавится, а при –10 оС естественным процессом будет кристаллизация жидкой воды. Следствием этой возможности изменения направления процесса в зависимости от условий является существование равновесного состояния, которое, например, наблюдается в системе лед – вода при 0 оС при атмосферном давлении.
Самопроизвольные процессы протекают в направлении приближения системы к равновесному состоянию. Идеальным предельным случаем процессов, лежащих между самопроизвольными и несамопроизвольными, являются равновесные процессы, при которых происходит переход системы в прямом или обратном направлении через последовательность равновесных состояний.
Второй закон термодинамики дает возможность предсказать направление протекания процесса в заданных условиях, а также характеризовать равновесное состояние системы.

невозможно доказать на основании других положений. Он является обобщением человеческого опыта, и его справедливость подтверждается практической проверкой правильности вытекающих из него следствий.
Эмпирическое обоснование второго закона сформулировал Клаузиус (1850): “Невозможен самопроизвольный переход теплоты от менее нагретого тела к более нагретому”.
Другая формулировка, предложенная Томсоном (1851) и позднее Планком, утверждает:
Невозможно построить периодически действующую машину, которая бы только охлаждала тепловой резервуар и производила механическую работу" (принцип невозможности вечного двигателя второго рода).
Обе формулировки эквивалентны и каждая из них может быть доказана на основе другой.

при наличии по крайней мере двух источников теплоты с различными температурами – нагревателя и холодильника – т.е. невозможна периодически действующая изотермическая машина.
В противном случае можно было бы использовать практически неисчерпаемую теплоту окружающей среды – воздуха, воды океанов и т.п. Например, по расчетам К. А. Путилова, такая машина за 150 лет работы за счет тепла океанов снизила бы их температуру меньше, чем на 0,01 градуса, производя такую же энергию, как и все тепловые электростанции и тепловые машины мира.

источника с более высокой температурой к источнику с более низкой температурой. Возможность превращения теплоты в работу и действие идеальной тепловой машины были проанализированы французским военным инженером Сади Карно (1824 г.).
Рассмотрим цикл, представляющий сочетание двух изотермических и двух адиабатических процессов. В качестве рабочего вещества используется идеальный газ, который находится в цилиндре под поршнем, движущимся без трения.
Цилиндр может соединяться с нагревателем с более высокой температурой T1 и холодильником с более низкой температурой T2 . Размеры нагревателя и холодильника таковы, что при отдаче или получении теплоты их температуры остаются постоянными. Все процессы в цикле Карно полагаются обратимыми.

одного моля идеального газа.
1. Соединим цилиндр с нагревателем и проведем изотермическое расширение газа от объема V1 до произвольного объема V2 . Работа расширения A1 осуществляется за счет тепла Q, полученного от нагревателя:
А1 = Q1 = RT1 ln V2/V1. (3.1)
2. Изолируем газ от нагревателя и расширим его адиабатически до объема V3 так, что температура газа снизится до T2 работа:
А2 = сV (Т1 – Т2); Q = 0. (3.2)
3. Приведем систему в контакт с холодильником и изотермически сожмем газ до объема V4. Этот объем выбирается таким, чтобы при последующем адиабатическом сжатии система вернулась в исходное состояние. При сжатии газ отдает холодильнику теплоту Q2. Работа:
А3 = Q2 = RT2 lnV4 /V3. (3.3)
4. Изолировав систему от холодильника, адиабатически сожмем газ до начального объема и температуры. Работа сжатия:
А4 = сV (Т2 – Т1); Q = 0. (3.4)

находиться в равновесии, или в ней могут протекать только самопроизвольные процессы. Исходя из (3.19), для изолированной системы получим: dS ≥ 0.
На практике в качестве изолированной можно рассматривать изучаемую систему вместе с окружающей средой достаточно большого размера, так что ее температура остается постоянной, а обмен теплом между изучаемой системой и средой представить как обратимый изотермический процесс.
Если S – энтропия системы, в которой происходят изменения, а Sвн – энтропия окружающей среды, элементарное изменение энтропии равно (dS + dSвн) и можно написать:
для обратимых процессов (dS + dSвн) = 0. (3.20)
для необратимых процессов (dS + dSвн) > 0 (3.21)
Таким образом, изменения энтропии в изолированной системе указывают на возможность самопроизвольных переходов в системе (увеличение энтропии) или на состояние равновесия (постоянство энтропии).

необратимый процесс в виде последовательности каких-либо обратимых процессов, переводящих систему из исходного состояния 1 в конечное 2.
Так как энтропия является функцией состояния, то ее изменение в необратимом процессе будет равно сумме изменений энтропий в обратимых процессах.

но не позволяют найти ее абсолютное значение. Энтропию можно вычислить на основании постулата Планка (1912), согласно которому энтропия идеального кристалла индивидуального вещества равна нулю при абсолютном нуле температуры
Sо = 0. (3.31)
Этот постулат называют также третьим законом термодинамики в формулировке Планка.
Для реальных тел возможны нарушения кристаллической решетки, в связи с чем энтропия твердого тела даже при абсолютном нуле будет больше нуля. Однако эти отличия невелики, и с достаточной для практических расчетов точностью можно считать энтропию равной нулю.