Druga zasada termodynamiki

 

Wszystkie zjawiska w przyrodzie, obejmujące dostatecznie dużą liczbę cząsteczek, przebiegają w jednym kierunku, którego nie można odwrócić. Zjawiska w przyrodzie są nieodwracalne:

  • Ciepło samoistnie płynie od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Nigdy odwrotnie.
  • Dwa gazy lub dwie ciecze po zmieszaniu się nie rozdzielą się samodzielnie.
  • Hamujący samochód całkowicie zamienia swoją energię mechaniczną na wewnętrzną (hamulce się ogrzewają). Nie obserwujemy procesu odwrotnego.
  • Tylko część energii wewnętrznej można zamienić na mechaniczną. Część trzeba oddać do otoczenia (silnik Carnota).
  • Gaz samoistnie rozpręży się z jednego do drugiego pustego naczynia. Sam nie wróci do pierwszego.

Druga zasada termodynamiki określa kierunek przemian termodynamicznych w przyrodzie.

Druga zasada termodynamiki

W układzie termodynamicznie izolowanym w dowolnym procesie entropia nigdy nie maleje

Δ S ≥ 0


oraz

dS = dQ/dT.

Entropia to termodynamiczna funkcja stanu określa kierunek przebiegu procesów spontanicznych (samorzutnych) w izolowanym układzie termodynamicznym.

Druga zasada termodynamiki może być sformułowana na wiele równoważnych sposobów.

Alternatywne sformułowania:
  • Nie istnieje proces termodynamiczny, którego jedynym wynikiem byłoby pobranie ciepła ze zbiornika chłodniejszego i przekazanie go do zbiornika cieplejszego (nie jest możliwe zbudowanie idealnej maszyny chłodzącej).
  • Nie istnieje proces termodynamiczny, którego jedynym wynikiem byłoby pobranie ciepła ze zbiornika i całkowita zamiana tego ciepła na prace mechaniczna.
  • Nie możliwe jest zbudowanie silnika termodynamicznego pracującego cyklicznie, który całe pobrane ciepło zamieniałby na prace (nie jest możliwe zbudowanie idealnego silnika cieplnego - czyli perpetuum mobile drugiego rodzaju).
  • Entropia układu izolowanego nie maleje.

W przyrodzie wszystkie przemiany są w zasadzie nieodwracalne, np. ze względu na obecność tarcia, a więc entropia wszystkich rzeczywistych układów rośnie. Procesy, w których entropia układu zachowuje stała wartość, zawsze są idealizacją.
W silniku idealnym wszystkie przebiegające procesy są odwracalne i nie ma strat związanych z niepożądanymi przemianami energii (tarcie, turbulencje).
Można analizować pracę silników rzeczywistych na podstawie działania silnika idealnego.




 Ireneusz Owczarek  ©  2011 - 2013