III.Termodinamikos pagrindai

Transcript

1 III.ermodinamikos pagrindai III.. Dujų plėtimosi darbas egu dujos yra cilindre su nesvariu judančiu stūmokliu, kurio plotas lygus S, ir jas veikia tik išorinis slėgis p. Pradinius dujų parametrus pažymėkime p, V, ir tegu stūmoklis ir išorinė aplinka yra pusiausvyroje p = p. Jei dujoms perduosime šilumą Q, jos įšils ir slėgis padidės. Stūmoklio pusiausvyra sutriks, ir jis pasislinks atstumu h, kol slėgis vėl pasidarys lygus p. p h V,, p Dujos besiplėsdamos atlieka darbą δa prieš prieš išorinio slėgimo jėgas: Čia F - jėga, kuria dujos veikia stūmoklį. Kadangi δa = F h. p = F S arba F = ps, gauname V = S h - dujų tūrio pokytis. δa = p S h = p V. δa = pdv Ši formulė teisinga ne tik dujoms, bet ir kiekvienai termodinaminiai medžiagai, atliekančiai bet kokį procesą. 3

2 III.. Šilumos kiekis Vidinė energija - kūną sudarančių dalelių šiluminio judėjimo kinetinė ir jų tarpusavio sąveikos potencinė energija. Ji priklauso nuo termodinaminės būsenos, t.y. nuo dalelių judėjimo ir tarpusavio sąveikos. Vidinė energija gali kisti dėl dviejų procesų: dėl atliekamo darbo A (tam tikro kūno atžvilgiu) ir suteikiamo jam šilumos kiekio Q. Darbo atlikimas lydimas išorinių kūnų, veikiančių sistemą, judėjimu. aip, pvz., judant stūmokliui atliekamas darbas A. Pagal III Niutono dėsnį dujos tuo metu atlieka darbą A = - A, veikdamos stūmoklį. Šilumos kiekio perdavimas dujoms nesusijęs su išorinių kūnų judėjimu. Šiuo atveju vidinės energijos pokytis apsprendžiamas tuo, kad labiau įkaitinto kūno atskiros molekulės atlieka darbą atžvilgiu mažiau įkaitinto kūno molekulių. okių mikroprocesų visuma, kurių metu perduodama iš kūno į kūną energija, vadinama šiluminiu (perdavimu) laidumu. Energijos kiekis perduodamas kūnui šiluminio laidumo keliu, apsprendžiamas šilumos kiekiu Q, perduotu vieno kūno kitam. Darbas ir šiluma turi bendrą savybę, kad jie kinta tik vykstant energijos perdavimui, o jų skaitinės reikšmės iš esmės nepriklauso nuo to, kaip šis perdavimas vyksta. Šiluma ir darbas glaudžiai tarpusavyje susiję. Abi šios energijos perdavimo formos virsta viena į kitą ir realiomis sąlygomis lydi viena kitą. Pvz., šildant metalinį strypą, didėja ne tik jo vidinė energija, bet ir pat strypas plečiasi, vadinasi, yra atliekamas plėtimosi darbas. Darbas A ir šilumos kiekis Q - matuojamas džauliais (J). cal = 4,8 J. Viena kalorija (cal) yra toks šilumos kiekis, kurį suteikus l kg vandens, jo temperatūra pakyla C. 4

3 III.3. Pirmasis termodinamikos dėsnis Pirmuoju termodinamikos dėsniu išreiškiamas vienas pagrindinių gamtos dėsnių - energijos tvermės dėsnis. Šis dėsnis gali būti formuluojamas taip: Sistemai pereinant iš vienos būsenos į kitą, jos visos energijos pokytis W yra lygus tos sistemos atžvilgiu atlikto (sunaudoto) darbo A ir jai suteikto šilumos kiekio Q sumai: W = A + Q Mes nagrinėsime tik tokias sistemas, kurių mechaninė (kinetinė ir potencinė) energija nekinta, o kinta tik sistemos vidinė energija. odėl W = U. Jei vietoje sunaudoto darbo A įvedame tokio pat didumo, bet priešingo ženklo darbą A, kurį atlieka sistema, veikdama išorinius kūnus (A = - A ), tai gauname Q = U + A Iš to išplaukia toks pirmojo termodinamikos dėsnio formulavimas: sistemai perduotas šilumos kiekis padidina jos vidinę energiją ir eikvojamas darbui, kurį sistema atlieka prieš išorines jėgas. Labai svarbu, kai sistema yra periodiškai veikianti mašina, kurioje dujos, garas arba kita darbinė medžiaga po tam tikro proceso grįžta į pradinę būseną. uo atveju W, vadinasi ir U lygūs nuliui ir tada A = Q, kai U = 0. Vieno ciklo metu mašinos atliktas darbas lygus iš išorės gautam šilumos kiekiui. Remdamiesi šia išvada, I termodinamikos dėsnį galime suformuluoti: negalime pagaminti periodiškai veikiančio variklio, kuris atliktų darbą, nepanaudodamas energijos iš išorės, arba atliktų darbą, didesnį už jo gautą iš išorės energiją (amžinas variklis yra negalimas). Kol nebuvo visai išaiškinta I termodinamikos dėsnio prasmė, daug žmonių įvairiose šalyse bandė sukurti amžinąjį variklį. 5

4 III.4. Medžiagos savitoji šiluma iriant medžiagos šilumines savybes, svarbų vaidmenį vaidina savitosios šilumos sąvoka. Medžiagos savitąja šiluma c vadinamas fizikinis dydis, kurio skaitinė reikšmė lygi šilumos kiekiui, kurį reikia suteikti tos medžiagos masės vienetui, kad jo temperatūra pakiltų vienu laipsniu: c = δq md Be to dažnai naudojama molinė savitoji šiluma C, kuri apskaičiuojama ne masės vienetui (kg), o vienam moliui medžiagos C = µ c µ - medžiagos molinė masė. Prisiminę pirmąjį termodinamikos dėsnį: δq = du + δa ir darbo bei šilumos kiekio išraiškas: δa = pdv ; δq = c m d. ada I termodinamikos dėsnį galime užrašyti m masės dujoms cm d = du + pdv. Kai sistemą sudaro keli kūnai, vieni jų gali atiduoti šilumą, kiti gauti. Uždaroje sistemoje gautų ir atiduotų šilumos kiekių algebrinė suma lygi nuliui. ai energijos tvermės dėsnis termodinamikoje. Arba šiluminio balanso lygtis: (Σ Q) gaut. = (Σ Q) atid. Kai šilumos šaltinis yra kuras, svarbiausia jo charakteristika - savitoji kuro degimo šiluma q. q = Q / m; [q ] = J/kg. 6

5 III.5. Pirmo termodinamikos dėsnio taikymas tobulųjų dujų izoprocesams ir adiabatiniam procesui arp daugelio praktinių termodinamikos taikymų (kalbant apie šiluminius variklius, šaldymo mašinas ir t.t.), dažniausiai su ja tenka susidurti, nagrinėjant izoprocesus dujose. aip vadinami procesai dujose, kai kuris nors iš trijų būsenos parametrų (p, V, ) nekinta. Izochorinis procesas (V = const) Šiam procesui vykstant, nekinta dujų tūris (V = const), todėl dv = 0 ir dujos neatlieka darbo išorinių kūnų atžvilgiu: δa = pdv = 0. p - izochorinis šildymas, - 3 izochorinis šaldymas. 3 V ai p - V diagrama. Izochorinis procesas praktiškai vyksta, kai dujos šildomos arba šaldomos pastovaus tūrio inde. Iš I termodinamikos dėsnio matyti, kad visa dujoms suteikta šiluma izochorinio proceso metu sunaudojama jo vidinei energijai padidinti: δq = du kai V = const Medžiagos savitoji šiluma šiame procese žymima c v, o molinė šiluma C v. uomet šiuo atveju dujų masei m gauname: du = c v m d. Arba du = µ m Cv d ( ) čia µ - dujų molinė masė. 7

6 Kai dujos tobulosios, ( ) formulė teisinga, vykstant bet kokiam procesui. odėl tobulųjų dujų vidinė energija priklauso tik nuo C v ir nuo temperatūros. Izobarinis procesas (p = const) p - V diagrama: p 3 - izobarinis plėtimasis, - 3 izobarinis traukimasis. 0 V 3 V V V Šildomos arba šaldomos dujos, esančios cilindre su laisvai slankiojančiu stūmokliu, atlieka izobarinį procesą. Medžiagos savitoji šiluma, vykstant izobariniam procesui, žymima c p, todėl δq = c p m d Šilumos kiekis, reikalingas bet kurios masės m dujoms pašildyti nuo temperatūros iki + d, skaičiuojamas pagal formulę m δq = Cp d µ C p - molinė savitoji šiluma izobariniam procesui (p = const). Darbas, kurį atlieka dujų masės vienetas, izobariškai plėsdamasis nuo būsenos iki, išreiškiamas taip: A = V pdv = p(v - V ). V Šis darbas lygus užbrūkšniuoto stačiakampio (V,,, V ) plotui. Pirmasis termodinamikos dėsnis izobariniam procesui: c p m d = du + p dv. Atsižvelgiant į tai, kad tobulosioms dujoms du = c v m d, gauname: c p m d = c v m d + p dv. ( ) 8

7 Iš tobulųjų dujų būvio lygties turime: pv = µ m R. Diferencijuojame, kai p = const, ir gauname: Dabar lygtis ( ) atrodo taip: pdv = mr d. µ c p m d = c v m d + mr d, µ (c p - c v ) d = µ R d. Arba R = µ (c p - c v ) = C p - C v Gavome Majerio lygtį tobulosioms dujoms: universali dujų konstanta lygi tobulųjų dujų molinių šilumų, esant pastoviam slėgiui ir pastoviam tūriui, skirtumui. Iš Majerio lygties matyti, kad savitoji (molinė) šiluma izobariniame procese yra didesnė už savitąją (molinę) šilumą izochoriniame procese ( C p > C v ). ai lengva paaiškinti, nes izochorinio proceso metu dujoms suteikiama šiluma didina tik vidinę energiją, o izobarinio proceso atveju ji sunaudojama ir dujų plėtimosi darbui atlikti. Izoterminis procesas ( = const) Iš Mendelejevo ir Klapeirono lygties matyti, kad šiam procesui galioja Boilio ir Marioto dėsnis: pv = const p 3 0 V 3 V V V Diagramoje (p -V) izoterminis procesas - hiperbolė (izotermė). 9

8 Visa dujoms suteikiama šiluma pilnai sunaudojama darbui atlikti. Dujų vidinė energija lieka pastovi du = c v m d = 0. ada I termodinamikos dėsnis: Q = A = V pdv. V Pasinaudodami tobulųjų dujų būvio lygtimi (pv = µ m R ), gauname: Q = A = µ m V V R dv V m V = Rln µ V Dujų plėtimosi darbas (V > V ) teigiamas ir pavaizduotas užbrūkšniuotu plotu V,,,V. Kai dujos slegiamos ( - 3), dujų atliktas darbas yra neigiamas, bet išorinės jėgos (slėgimo jėgos) atlieka teigiamą darbą A = - A. ada Q < 0, t.y. šiluma iš dujų paimama. Medžiagos savitoji šiluma izoterminiame procese yra be galo didelė, nes δq 0, o d = 0 c artėja į. δq c = md. Adiabatinis procesas (δq = 0) Sistemos atliekamas procesas vadinamas adiabatiniu, kai to proceso metu sistema ir išorinė aplinka nesikeičia energija šilumos pavidalu (nėra šilumos mainų). Praktiškai adiabatinis procesas vyksta, kai dujos pakankamai greitai išsiplečia arba suslegiamos. Adiabatiškumo sąlyga bus patenkinta, jei procesas vyks taip greitai, kad šilumos kaita tarp dujų ir išorinės aplinkos nesuspės įvykti. δq Iš sąlygos δq = 0 ir lygties c = md adiabatiniam procesui lygi nuliui (c = 0). aišku, kad medžiagos savitoji šiluma, vykstant 30

9 Pirmasis termodinamikos dėsnis adiabatiniam procesui užrašomas taip: arba du + δa = 0 c v m d + pdv = 0. Adiabatinio plėtimosi metu (dv > 0) dujos atvėsta (d < 0). Plėtimosi darbas atliekamas, mažėjant dujų vidinei energijai: δa = - du. Adiabatinį procesą tobulosioms dujoms aprašo lygtis: cp c pv v = const. Santykis C C p v = γ vadinamas adiabatės rodikliu arba Puasono koeficientu, o lygtis: γ pv = const. Puasono lygtimi. p 3 δq = 0 = const. 0 V 3 V V V - 3 adiabatinis suslėgimas. Matyti, kad adiabatė ( pv γ = const ) kyla staigiau negu izotermė (pv = const). aip yra todėl, kad adiabatinio suslėgimo metu dujų slėgis didėja ne tik dėl tūrio mažėjimo, bet ir dėl temperatūros didėjimo. Slėgiui didėjant tūris mažėja, temperatūra didėja. Kai dujos plečiasi adiabatiškai, jų temperatūra mažėja ir dėl to dujų slėgis mažėja greičiau, negu izoterminio plėtimosi metu. ūriui didėjant temperatūra mažėja ir slėgis mažėja. 3

10 III.6. Grįžtamieji ir negrįžtamieji procesai ermodinaminis procesas vadinamas grįžtamuoju, jeigu, sistemai sugrįžus į pradinę būseną, aplinkos kūnuose nelieka jokių pakitimų. Kitaip tariant, procesas yra grįžtamasis, jeigu, įvykus sistemoje tiesioginiam, o po to atvirkštiniam procesui, į pradinę būseną sugrįžta tiek pati sistema, tiek ir visi išoriniai kūnai, su kuriais sistema sąveikavo. Kiekvienas neatitinkantis šių sąlygų procesas yra negrįžtamasis. Grįžtamojo proceso pavyzdžiu gali būti neslopinamieji svyravimai, kuriuos vakuume atlieka kūnas, pakabintas ant absoliučiai tamprios spyruoklės. os sistemos būsenos kitimas yra susijęs tik su jos mechaninio judėjimo kitimu. ermodinamikoje įrodoma, kad būtina ir pakankama termodinaminio proceso grįžtamumo sąlyga yra jo pusiausvirumas. Negrįžtamojo proceso pavyzdžiu gali būti kūno stabdymas dėl trinties. okio judėjimo metu visa kūno mechaninė energija sunaudojama kūno ir aplinkos dalelių šiluminio judėjimo energijai padidinti - jie įšyla ( U = W k ). Atvirkštinio proceso metu kūnas ir aplinka turi atvėsti iki pradinės temperatūros, t.y. turi atiduoti šaldytuvui šilumą Q = W k ir atlikti kūno atžvilgiu darbą A = W k. odėl, sistemai grįžtant į pradinę būseną, išorinių kūnų būsena pakinta. Visi procesai, kuriuose pasireiškia trintis yra negrįžtamieji. Vykstant šilumos kaitai tarp dviejų skirtingos temperatūros kūnų, išsilygina abiejų kūnų vidinės energijos, t.y. jų temperatūros. Šis procesas vyksta savaime, vos tik sudaromas šiluminis kūnų kontaktas. Kitaip yra su atvirkštiniais procesais - kai dviejų kūnų temperatūra vienoda ir kai vieną kūną reikia įšildyti kito kūno energijos sąskaita, pastarajam atšąlant. oks procesas savaime neįvyksta - jam sukelti reikia panaudoti šaldymo mašiną, kuri dirbdama būtinai pakeičia kitų išorinių kūnų būseną. Vadinasi, šilumos kaitos procesas, esant baigtiniam temperatūros skirtumui, taip pat yra negrįžtamasis. Iš išnagrinėtų negrįžtamojo proceso pavyzdžių matome, kad visi jie viena kryptimi vyksta savaime. Norint, kad bet kuris šių procesų vyktų priešinga linkme, dar reikia kokio nors kito kompensuojančio proceso. Visi realūs procesai yra negrįžtamieji - juos lydi trintis ir jie vyksta esant baigtiniam temperatūros skirtumui. 3

11 III. 7. Ciklinis procesas Cikliniu procesu arba ciklu vadinamas toks procesas, po kurio termodinaminis kūnas grįžta į pradinę būseną. Būsenos diagramose p - V, p - ir kt. cikliniai procesai vaizduojami uždaromis kreivėmis. Cikliniai procesai yra visų šiluminių mašinų (vidaus degimo variklio, garo ir dujų turbinų, garo ir šildymo mašinų ir t.t.) pagrindas. Panagrinėkime bet kokį ciklinį procesą C a C b C, kurį atlieka tobulosios dujos. p a C max. C min. b 0 V V V Jį galima suskaidyti į du procesus: C a C - dujų išsiplėtimas ir C b C - suspaudimas. Dujos išsiplėsdamos atlieka darbą A, kuris lygus figūros V C a C V plotui. Išorinės jėgos, suslėgdamos dujas, atlieka darbą A = - A, kuris lygus figūros V C b C V plotui. Matome, kad A > A, t.y. per visą ciklą dujos atlieka teigiamą darbą A = A + A = A - A, kuris lygus užbrūkšniuotam plotui C a C b C. oks ciklas vadinamas tiesioginiu (jei ciklo metu atliktas darbas A > 0). Jei ciklinis procesas vyktų atvirkščia kryptimi (prieš laikrodžio rodyklę), tai visas dujų per ciklą atliktas darbas būtų neigiamas. Jo skaitinė reikšmė taip pat būtų lygi plotui C a C b C. oks ciklas vadinamas atvirkštiniu. Kadangi kūno vidinė energija priklauso tik nuo jo būsenos, todėl pilnas dujų vidinės energijos pokytis cikliniame procese lygus nuliui. Vadinasi pagal pirmąjį termodinamikos dėsnį Q = U + A = A, Q - bendras šilumos kiekis, kurį gavo dujos ciklo metu. 33

12 A - dujų darbas šio proceso metu. iesioginiame cikle A > 0 ir Q > 0, t.y.dujos atlieka darbą, naudodamos suteikiamą šilumą. Darbas, kurį atlieka dujų masės vienetas vieno ciklo metu: A = Q = Q + Q = Q - Q. Matome. kad A < Q, t.y. darbinei medžiagai atliekant Karno ciklą, naudingas darbas būna mažesnis už gautą iš šildytuvo energiją. Dalis gautos energijos be naudos perduodama šaldytuvui šilumos pavidalu. Ši išvada teisinga bet kuriam cikliniam procesui. Šiluminis variklis bus tuo tobulesnis, kuo didesnė šilumos Q dalis pavirs jame naudingu darbu A: η = A Q Q = Q Q Dydis η vadinamas šiluminės mašinos terminiu naudingumo koeficientu. η priklauso nuo to, kokį ciklą atlieka darbinis kūnas. Idealaus Karno ciklo terminis naudingumo koeficientas yra η t. arba η t = η t = - Vadinasi, idealaus Karno ciklo η t priklauso tik nuo šildytuvo temperatūros ir nuo šaldytuvo temperatūros. η nepriklauso nuo darbinės medžiagos. Kiekviena reali šiluminė mašina dirba negrįžtamuoju ciklu, todėl jos naudingumo koeficientas η realiomis sąlygomis mažesnis už Karno ciklo naudingumo koeficientą η t (dėl nuostolių). 34

13 III. 8. Karno ciklas ir jo naudingo veikimo koeficientas adiabačių. p Karno ciklu vadinamas ciklinis procesas, sudarytas iš dviejų izotermių ir dviejų Q Q V - - izoterminis plėtimasis temperatūroje ; - - adiabatinis plėtimasis; - - izoterminis slėgimas temperatūroje ; - - adiabatinis slėgimas. Praktiškai Karno ciklą galima įsivaizduoti taip: Cilindre su judriu stūmokliu yra tam tikras dujų kiekis. Izoterminio plėtimosi metu - būna šiluminis kontaktas ir šiluminė pusiausvyra tarp dujų ir pastovios temperatūros kūno. (Pvz., didelis rezervuaras pastovios temperatūros vandens - šildytuvas). Vykstant procesui -, šildytuvas atiduoda dujoms šilumą Q (Q > 0). Visa gauta šiluma paverčiama darbu A. Dujų temperatūra išlieka pastovi. Vykstant procesui -, dujos turi būti labai gerai termiškai izoliuotos - tada jos plečiasi adiabatiškai. Dujos atskiriamos nuo šildytuvo ir patalpinamos į adiabatinį apvalkalą (pvz., veltinio sluoksnis). Dujų temperatūra mažėja iki. - dujos vėl turi šiluminį kontaktą su kitu kūnu, kurio temperatūra yra ( < ) - šaldytuvu. Dujos izotermiškai suslegiamos ir šaldytuvui atiduoda šilumą Q. Dujų temperatūra išlieka pastovi. - dujos vėl izoliuojamos ir adiabatiškai suslegiamos iki pradinio būvio. emperatūra pakyla iki. Visi realūs procesai viena kryptimi vyksta savaime, o kita tik veikiant išorinėms jėgoms. o neapibūdina pirmasis termodinamikos dėsnis. Pirmąjį termodinamikos dėsnį papildo antrasis, kuris nurodo kryptį, kuria procesai gali vykti savaime. 35

14 III.9. Antrasis termodinamikos dėsnis Yra daug antrojo termodinamikos dėsnio formuluočių, bet jų esmė ta pati. a) neįmanomas toks procesas, kurio vienintelis rezultatas būtų iš šildytuvo gautos šilumos pavertimas jai ekvivalentišku darbu [omsonas (84-907) anglų fizikas, nuo 89 m. už nuopelnus - lordas Kelvinas]. b) neįmanomas toks procesas, kurio vienintelis rezultatas būtų energijos perdavimas šilumos pavidalu iš šaltesnio kūno į šiltesnį [Klauzijus (8-888) vokiečių fizikas]. Iš antro termodinamikos dėsnio paaiškėja, kad toks procesas, kurio metu viena energijos forma - darbas - virsta kita energijos forma - šiluma - yra negrįžtamasis. Šiluma gali virsti darbu tik tada, kai vyksta dar koks nors kompensuojantis procesas. Pvz., izotermiškai besiplėsdamos tobulosios dujos atlieka darbą, kuris ekvivalentiškas dujoms suteiktai šilumai. okiu būdu, visa iš šildytuvo gauta šiluma virsta darbu. ačiau tada dujos išsiplečia, ir jų savitasis tūris padidėja. odėl dujos nebesugrįžta į pradinį būvį, ir šilumos virtimas darbu nėra vienintelis minėto proceso rezultatas. Šiluminė mašina, dirbanti pagal tiesioginį Karno ciklą, šilumą darbui atlikti ima iš šildytuvo, bet dalį gautos šilumos atiduoda šaldytuvui. Vadinasi, per viena ciklą atliktas darbas nėra ekvivalentiškas gautai šilumai. Iš antrojo termodinamikos dėsnio išplaukia, kad negalima sukurti antros rūšies amžinojo variklio: iš supančios aplinkos imamas Q, Q = 0, η =. ai neprieštarauja I termodinamikos dėsniui. Pavyzdžiui, buvo manoma energiją imti iš vandenyno ir visą paversti darbu (Q = A), nevykdant pakitimų aplinkiniuose kūnuose (Q = 0). III.0. Karno ciklo naudingumo koeficiento nepriklausymas nuo darbinės medžiagos Remiantis II termodinamikos dėsniu, galima įrodyti, kad Karno ciklo naudingumo koeficientas η nepriklauso nuo darbinės medžiagos sudėties ir visada išreiškiamas formule: η = Šis teiginys vadinamas Karno teorema. Ja remiantis sudaroma vadinamoji termodinaminė temperatūros skalė. 36

15 Palyginę formules η = Q + Q Q ir η =, gauname Q = - Q. Kadangi Q < 0, gauname: = Q Q Vadinasi, norint palyginti dviejų kūnų temperatūras ir, reikia realizuoti Karno ciklą, kuriame tie kūnai dalyvautų kaip šildytuvas ir šaldytuvas. Kūnų temperatūrų santykis lygus jų atiduotų arba gautų to ciklo metu šilumos kiekių skaitinių reikšmių santykiui. Cikle dalyvaujančių darbinių medžiagų cheminė sudėtis neturi įtakos temperatūrų palyginimo rezultatams. Bet dėl realių procesų negrįžtamumo palyginti temperatūrų šiuo būdu praktiškai neįmanoma, ir jis turi tik principinę reikšmę.. III.. Entropija Matematiškai II termodinamikos dėsnis išreiškiamas įvedus naują fizikinį dydį entropiją ( viduje + pavirtimas ). Šilumos kiekio Q, kurį gauna dujos izoterminio proceso metu, santykis su šilumos šaltinio temperatūra vadinamas redukuotuoju šilumos kiekiu Q : Q = Q. Kūną šildant, Q> 0, redukuotoji šiluma Q > 0. Redukuotąją šilumą procesui užrašome: Q, = δq grizt.. Bet kurio grįžtamojo proceso metu kūnui suteikiamas redukuotas šilumos kiekis lygus 0 (izoliuotai sistemai). Q = δq = 0. grizt. 37

16 Dydis δq yra tam tikros funkcijos S pilnas diferencialas ds = δq grizt. Čia funkcija S vadinama entropija. Iš to kaip kinta entropija, galima spręsti apie šilumos keitimosi proceso kryptį: kūnui šylant jo entropija didėja, vėstant - mažėja. Kūno entropijos pokytis, vykstant grįžtamajam perėjimui iš būsenos C į būseną C nepriklauso nuo proceso rūšies, o priklauso tik nuo kūno pradinės ir galinės būsenos. Vadinasi, kūno entropija kaip ir vidinė energija yra vienareikšmė jo būsenos funkcija. S -a- = S -b-. Sistemos entropija yra lygi visų sistemos kūnų entropijų sumai. Grįžtamajame Karno cikle dalyvaujančios uždaros sistemos entropija nesikeičia: S grizt. = 0; S grizt. = const. negali Negrįžtamajame Karno cikle dalyvaujančios uždaros sistemos entropija didėja: S grizt. > 0. Vykstant bet kokiems procesams izoliuotoje sistemoje, tos sistemos entropija mažėti S 0 (= tinka grįžtamiesiems procesams, > - negrįžtamiesiems procesams). Šis rezultatas, pritaikant uždaroms sistemoms II termodinamikos dėsnį, yra labai svarbus - jis gali būti vienu iš II termodinamikos dėsnio formulavimų. S entropija - tai dydis charakterizuojantis termodinaminės sistemos būsenos (makro būsenos) tikimybę. Iš apibrėžimo daromos tokios išvados:. Negrįžtamo proceso metu izoliuotos sistemos entropija didėja - t.y. sistema pereina iš mažiau tikimos būsenos į labiau tikimą, kas padidina statistinį svorį, o tuo pačiu ir entropiją.. Izoliuotos sistemos, esančios pusiausvyroje būsenoje, entropija maksimali. Pusiausvyroji būsena pati tikimiausia. 38

17 Entropijos didėjimo arba II termodinamikos dėsnis: Izoliuotos sistemos entropija negali mažėti, gali tik didėti iki maksimalios vertės (pusiausvyroje būsenoje). Pasiekus S max procesas savaime nebevyksta. Jei turime izoliuotą sistemą d Q = 0 ir d S = 0, vadinasi S = const Vadinasi, izoliuotos sistemos entropija grįžtamojo proceso metu yra pastovus dydis. Bet kurio kūno entropija S artėja į nulį, kai temperatūra artėja į nulį. ai Nernsto teorema. lim 0 S = 0 39