Друге начало термодинаміки та теплова смерть Всесвіту
Відомий англійський письменник Чарльз Сноу вважав, що критерієм інтелігентності сучасної людини з гуманітарною освітою служить ступінь обізнаності з другим законом термодинаміки.
Другий закон термодинаміки, як і перший, є узагальненням багатовікового досвіду людей. Існує близько тринадцяти (!!!) рівноцінних формулювань даного закону.
1. Неможливим є коловий процес, єдиним наслідком якого було б перетворення кількості теплоти, одержаної від нагрівника, в еквівалентну їй роботу (Томсон-Кельвін).
2. Неможливим є коловий процес, єдиним результатом якого було б передавання енергії у формі теплоти від холодного тіла до гарячого (Клаузіус).
3. Вічний двигун другого роду неможливий (Освальд).
4. Теорема Карно:
Термічний ККД оборотнього циклу Карно не залежить від властивостей робочого тіла і виражається формулою
ηк = (Tн – Тх)/Тн
Термічний ККД необоротного циклу Карно завжди менший термічного ККД оборотнього циклу Карно, який здійснюється між тими ж температурами Tн та Тх:
ηк необор < ηк обор
Термічний ККД довільного оборотнього циклу не перевищує термічного ККД оборотнього циклу Карно:
ηобор ≤ ηк обор = (Tн – Тх)/Тн
5. У замкненій (ізольованій) системі ентропія зростає або є сталою:
ΔS ≥ 0,
TdS ≥ dU + pdV
TdS ≥ dU + pdV
Відомо з означення ентропії, що при зміні стану ізольованої системи зміна її ентропії дорівнює нулеві, якщо всі процеси оборотні, або більша від нуля, якщо в системі мають місце необоротні процеси. Оскільки всі реальні процеси необоротні, то на практиці ентропія ізольованої системи завжди зростає.
Якщо необоротні процеси в ізольованій системі відбуваються постійно, то ентропія даної системи весь час зростає, і її енергія безперервно знецінюється (деградує). За деякий час наступає момент, коли ентропія стає максимальною, тоді вся внутрішня енергія стає повністю знеціненою і ні в якій мірі не зможе перейти в інші види енергії. Настає "теплова смерть" ізольованої системи.
В.Томсон та Р.Клаузіус застосовуючи дані міркування до Всесвіту прийшли до висновку, що розглядуваний Всесвіт з часом прийде до рівноважного стану, який вони назвали "станом теплової смерті Всесвіту".
Третє начало термодинаміки
Теорема Нернста: ентропія будь-якого тіла прямує до нуля, коли його абсолютна температура прямує до абсолютного нуля температур
lim S = 0 при Т → 0
Теорему Нернста називають третім началом термодинаміки.
З теореми Нернста випливає наступне, якщо Т → 0, то теплоємність тіл прямує до нуля, а це означає, що досягнення температури абсолютного нуля неможливе.
Останнє міркування називають також третім началом термодинаміки.
Доцільно прочитати:
