Второе начало термодинамики для необратимых процессов

Второе начало термодинамики утверждает, что в природе существуют и необратимые процессы, примером которых может служить расширение газа в пустоту или передача энергии от одного тела к другому при конечной разности температур этих тел. [c.22]

Получим математическую формулировку второго начала термодинамики для необратимых процессов. Пусть из состояния 1 в состояние 2 система может перейти как посредством необратимого процесса (а), так и обратимого (б) (рис. 25). Согласно первому началу термодинамики для необратимого процесса получаем [c.113]

Второе начало термодинамики для необратимых процессов [c.113]

На противоположном конце нашего ряда, во второй группе, находятся явления, которые не зависят от строения микроскопических частиц и специфических взаимодействий между ними, а следовательно, и от конкретных механизмов протекания процессов. Такие явления обусловлены интегральными свойствами характеристического ансамбля с колоссальным количеством "безликих" и независимых друг от друга участников. К ним относятся многие процессы, протекающие в газах, жидкостях, твердых телах диффузия, теплопроводность, растворимость, осмос, кинетика химических реакций и т.п. Описание поведения таких систем вне компетенции классической физики и квантовой механики. Это область равновесной термодинамики и статистической физики. Построение "науки о тепле" началось на чисто феноменологической основе с постулирования двух универсалей - принципа сохранения энергии и принципа возрастания энтропии. Установление второго начала термодинамики и введение понятия о необратимости самопроизвольно протекающих процессов существенно обогатили представление о времени. Обнаружилось неведомое для классической физики его свойство - направленность, критерием которой служит знак изменяющейся по ходу необратимого процесса энтропии. [c.21]

Лекция 5, Равновесные, неравновесные, обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики. Энтропия и термодинамическая вероятность состояния системы. [c.209]

Существенно отметить, что нелинейная термодинамика коренным образом изменяет статус второго начала термодинамики. Действительно, оказывается, что при необратимых процессах вдали от равновесия открытой системы этот закон определяет не только необходимость разрушения старых структур, но и возмож- [c.350]

В качестве параметров состояния модели можно принять деформации упругих элементов и температуру, причем энергия 11 есть функция этих параметров. Рассеяние 1 принимается равным мощности, идущей на работу вязких элементов. Отсюда на основании первого и второго начал термодинамики необратимых процессов можно построить выражение энтропии, свободной энергии и других термодинамических функций через макроскопические деформации, напряжения и температуру в виде некоторых операторов по времени, содержащих ядра ползучести и релакса--ции. Это позволяет написать в дополнение к обычным уравнениям движения частицы вязко-упругой среды еще и уравнение распространения тепла. [c.73]

Лекция 12. Обратимые и необратимые процессы, циклы. Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его КПД. Второе начало термодинамики, необратимый цикл Карно. [c.164]

Уравнения (11,102) — (II, 106) представляют собой выражения второго начала термодинамики для необратимых процессов. [c.115]

Для описания необратимых процессов необходимо обратиться к общей формулировке второго начала термодинамики в форме [c.47]

По постановке данная проблема сходна с проблемой классической термодинамики о предсказании направления самопроизвольных необратимых процессов в изолированной системе второе начало термодинамики требует, чтобы в последнем случае эти изменения происходили в направлении увеличения энтропии. При этом энтропия достигает своего максимального значения в конечном равновесном состоянии. [c.339]

Второе начало термодинамики позволяет доказать, что коэффициент полезного действия цикла Карно т] всегда больше коэффициента полезного действия любого другого цикла т], состоящего из необратимых процессов [c.98]

До сих пор, когда мы говорили об изменении энтропии, имелись в виду обратимые процессы установлено, что величина AS для бесконечно мало обратимого процесса выражается уравнением (И, 42). Однако, как мы уже знаем, обратимые процессы являются идеальными. Реальные же процессы, протекающие в природе, практически необратимы, так как при любых превращениях часть энергии переходит в теплоту, а последняя, как следует из второго начала термодинамики, может превращаться в другие виды энергии лишь частично. [c.71]

Уравнения первого и второго начал термодинамики, пригодные для обратимых и необратимых процессов, можно записать так [c.73]

Таким образом, флуктуация представляет собой явление, как бы обратное явлению диффузии, хотя оба они — результат теплового движения. Если диффузия как всякий самопроизвольный процесс должна, в соответствии со вторым началом термодинамики, идти необратимо, то флуктуация указывает на то, что второе начало термодинамики имеет статистический характер, т. е. оно неприменимо к отдельным индивидуальным частицам или к малому числу их. В обоих явлениях мы видим одно из доказательств справедливости закона материалистической диалектики—единства противоположностей. [c.303]

Важнейшая сущность второго начала-термодинамики предварительно может быть представлена в такой форме для любого реального процесса невозможно найти способ возвращения каждой системы, участвующей в процессе, в ее первоначальное состояние. Следовательно, в этом смысле любой реальный процесс в термодинамике считается необратимым. [c.90]

Выше было уже сказано, что разработанная И. Р. Пригожиным термодинамика необратимых процессов устраняет запреты на эволюцию химических систем в направлении их упорядочения, налагаемые термодинамикой Р. Клаузиуса и Л. Больцмана. Ввиду того, что при обсуждении проблем химической эволюции и биогенеза в литературе чаще всего обращаются к одной из первых работ И. Пригожина, а именно к работе [11], в которой дана новая интерпретация второго начала термодинамики, более поздние работы того же автора рассматриваются всего лишь как экстенсивное развитие работы [II]. Между тем [c.211]

С помощью энтропии можно количественно охарактеризовать ту направленность изменений, происходящих в природе при протекании необратимых процессов, которая следует из второго начала термодинамики. Это видно из следующих рас-суждений. [c.23]

В термодинамике необратимых процессов многие соотношения характеризуют процессы переноса массы, энергии, энтропии и т. п. в виде уравнений баланса. Рассмотрение последних — также необходимый этап для формулировки первого и второго начал термодинамики для непрерывных систем. [c.131]

Неравенство (И1.42)—одна из формулировок второго начала термодинамики, при этом значение о выступает как мера необратимости процессов, протекающих в системе. [c.139]

Как показывает опыт, далеко не все процессы можно реализовать на практике большинство из них имеет определенную направленность. Второе начало термодинамики, так же как и первое начало, было сформулировано на основе огромного количества установленных опытным путем закономерностей. Однако в отличие от первого начала, применимого к любым энергетическим процессам, второе начало описывает более специальную область, связанную с необратимостью тепловых явлений. [c.102]

Согласно предложенной феноменологической бифуркационной теории, самосборка белка осуществляется в неравновесной термодинамической системе, состоящей из двух подсистем - одиночной полипептидной цепи и водного окружения. Возникновение в такой системе процесса свертывания белковой цепи и его самопроизвольное развитие от беспорядка к порядку без нарушения второго начала термодинамики обусловлены неоднородностью случайных изменений флуктуирующей белковой цепи - наличием наряду с множеством обратимых равновесных флуктуаций также необратимых (неравновесных, бифуркационных) флуктуаций, определяемых конкретной аминокислотной последовательностью и текущим конформационным состоянием. Последовательная реализация специфического для данной аминокислотной последовательности набора бифуркационных флуктуаций завершается созданием трехмерной структуры белка. Вызванное спонтанным процессом свертывания уменьшение энтропии одной подсистемы - гетерогенной полипептидной цепи - компенсируется повышением энтропии другой подсистемы - окружающей среды (см. разд. 2.1). [c.586]

Уравнение (1.12) является одной из форм выражения второго начала термодинамики, охватывающей обратимые и необратимые изменения в системе, и поэтому может быть обобщено на любой процесс, протекающий в изолированной системе, путем разделения изменения энтропии на две части. Одна часть изменения энтропии будет характеризовать собственно систему, в которой происходит процесс, обратимый или необратимый, а другая—тепловой источник, включенный в рассмотрение с целью изоляции системы и вместе с рабочей [3] частью системы образующий изучаемую изолированную систему в целом. Тогда уравнение (I. 12) напишется в виде [c.23]

Первое и второе начала термодинамики и термодинамика необратимых процессов позволяют не только установить связь между различными видами энергии в ходе разрушения полимера, но приводят также к установлению ряда функциональных соотношений, которым подчиняются реальные процессы разрушения [561, с. 113]. Знание этих соотношений позволяет сократить объем экспериментальных работ, необходимых для установления конкретных законов разрушения материалов. [c.263]

Мы видим в каждом из этих примеров, что если надлежащим образом управлять процессом достижения равновесия, то одновременно система будет совершать возможную работу над средой. Если же система никак не связана с окружающей средой, а ее начальное состояние является неравновесным, то энергия, эквивалентная работе, которая могла бы быть совершена, рассеивается в виде тепла. Отсюда мы делаем вывод, что самопроизвольные изменения, протекающие в изолированной механической системе, сопровождаются необратимой потерей свободной энергии или потенциала и выделением теплоты, связанной с этой потерей, до тех пор, пока не достигается состояние с минимальной потенциальной энергией или с минимальной свободной энергией. Это утверждение содержит основную мысль второго начала термодинамики. [c.44]

Это неравенство, известное как второе начало термодинамики для необратимых процессов, представляет собой один из основных постулатов феноменологической термодинамики. [c.68]

Использование статистических представлений позволяет н только выяснить физический смысл закона возрастания энтропии, который заключае бя в переходе системы из менее вероятного в более вероятное состояние, но и- в ряде случаев строго вывести этот закон из уравнений, описывающих изменение функции распределения во времени. В частности, ниже будет показано, что второе начало термодинамики для необратимых процессов (1.3.15) может быть выведено из так называемого основного кинетического уравнения. Прежде чем переходить к этому выводу, введем некоторые новые понятия. [c.68]

Возвращаясь к поставленной выше задаче — выводу второго начала термодинамики для необратимых процессов [см. формулу [c.70]

Таким образом, флуктуация плотности заключается в неравномерном распределении движущихся частиц в микрообъемах газовых и жидких систем в различные моменты наблюдения и, следовательно, представляет собою явление, обратное явлению диффузии. Если при диффузии происходит самопроизвольное рассеяние частиц и выравнивание концентрации, то при флуктуации, наоборот, происходит нарушение концентрации и сгущение частиц. Если диффузия, как всякий самопроизвольный процесс, должна, в согласии со вторым началом термодинамики, идти необратимо, то флуктуация указывает, что второе начало термодинамики носит статистический характер и неприменимо к отдельным индивидуальным частицам. В этом мы видим новое доказательство справедливости закона материалистической диалектики—единства противоположностей. [c.45]

Из второго начала термодинамики следует, что в системе, где идут необратимые процессы, П положительно. Таким образом, матрица положительно определенная. Система уравнений (VI 1.13) в векторной форме имеет вид [c.246]

Термодинамический метод синтеза теплообменных систем [16]. Анализ процессов химической технологии на основе первого закона термодинамики находит широкое практическое применение. Наряду с этим все большее распространение получают методы анализа на основе второго начала термодинамики, в частности (используемые исходя из концепции эксергии как меры превратп-мости энергии), при оптимизации и проектировании технологических производств (см. гл. 7). Привлекательность этих методов заключается в том, что имеется возмо кность оценить в общем случае минимально возмо кные потери энергии за счет необратимости процесса и тем самым определить реальные перспективы совершенствования процесса. Развитие этих термодинамических методов идет по пути получения количественной информации о совершенстве протекания отдельных явлений. Что касается качественных выводов, то они хорошо известны. Например, потери превратимой энергии отсутствуют при смешении потоков, находящихся в термодинамическом равновесии, или потери энергии в противоточном теплообменнике выше, чем в прямоточном, равно как с увеличением поверхности теплообмзна потери за счет необратимости нроцесса снижаются. [c.466]

При недостаточно критическом применении второго закона термодинамики из него можно сделать принципиально неправильный вывод. Согласно второму закону, в изолированной системе во всех обратимых- процессах энтропия не претерпевает изменений, а в необратимых только возрастает. Поэтому, если течение необратимых процессов не исключено, то энтропия такой системы может только возрастать, и это возрастание должно сопровождаться постепенным выравниванием температуры различных частей системы. Если рассматривать вселенную в целом как систему изолированную (не вступающую ни в какое-взаимодействие с другой средой), то можно заключить, что возрастание энтропии должно привести в конце концов к полному выравниванию температуры во всех частях вселеггной, что означало бы, с этой точки зрения, невозможность протекания каких-нибудь процессов и, следовательно, тепловую смерть вселенной . Такой вывод, впервые четко сформулированный в середине XIX в. Клаузиусом, является идеалистическим, так как признание конца существования (т. е. смерти ) вселенной требует признаиид и ее возникновения. Статистическая природа второго начала термодинамики не позволяет считать его универсально применимым к системам любых размеров. Нельзя утверждать также, что второй закон применим к вселенной в целом, так как в ней возможно протекание энергетических процессов (как, например, различные ядерные превращения), на которые термодинамический метод исследования но может механически переноситься. В определенных видах космических процессов происходит возрастание разности температур, а не выравнивание их. [c.220]

Согласно второму началу термодинамики все самопроизвольные необратимые процессы в изолированных системах сопровождаются ростом энтропии. Это свойство эт 1тропии хорошо объяснил создатель статистической физики Л. Больцман, показавший, что второе начало термодинамики представляет собой следствие естественного перехода всякой изолированной системы от состояний маловероятных к состояниям более вероятным, т. е. оно представляет собой статистический закон, обладающий большой точностью только для большого числа частиц (макросистем). Движение одной изолированной молекулы можно хорошо описать. Труднее описать систему из двух и более взаимодействующих частиц. Системы из большого числа частиц хорошо описываются при помощи теории вероятности. [c.148]

Причиной самопроизвольной эволюции замкн /той системы к состоянию с минимумом термодинамического потенциала является второе начало термодинамики, которое требует обязательности увеличения энтропии 5 в изолированной системе при протекании в ней необратимых процессов. Однако путь такой эволюции классическая равновесная термодинамика предсказать не может. [c.289]

Для понимания второго начала термодинамики очень большое значение имеет правильное представление об обратимых и необратимых процессах. Представим себе замкнутую материальную систему, т. е. такую, которая сохраняет постоянное количество вещества, но может взаимодействовать с внешней средой или посредством процессов теплопередачи, или совершая работу. Такую систему можно назвать изолированной в материальном отношении или закрытой. Какие бы процессы в такой системе ни протекали, мы всегда можем вернуть ее в исходное состояние, воздействуя на нее извне. Например, если в системе происходит (при 7 = onst) смешение газообразного водорода с углекислым газом, то образовавшуюся смесь можно разделить на исходные вещества путем глубокого охлаждения, а потом нагреть отделенные друг от друга водород и углекислый газ до начальной температуры. Таким образом, в системе все вернется в исходное состояние, и в этом смысле можно было бы считать все процессы, протекавшие в системе, обратимыми. Однако в этом суммарном процессе, кроме системы, принимали участие и тела, находящиеся во внешней среде, которые также меняли свое состояние. [c.22]

ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ, устанавливает существование энтропии как ф-ции состояния макроскопич. системы и вводит понятие абс. термодинамич. т-ры. Утверждает, что все процессы, протекающие с конечной скоростью, в принципе необратимы, и дает термодинамич. критерии для определения направленности процессов. Вместе с первым началом термодинамики-основа классич., или феноменологич., термодинамики, к-рую можно рассматривать как развитую систему следствий этих двух начал. [c.432]

Поясним данное определение. Во-первых, макс. работу можно получить только в обратимом (равновесном) процессе, к-рый теоретически возможен при бесконечно малой движущей силе (напр., разности т-р, давлений, хим. потенциалов). Все реальные процессы происходят с возрастанием энтропии (см., напр., Второе начало термодинамики) при конечной разности т-р и, следовательно, необратимы. Поэтому полученная в них работа всегда будет меньше максимаггьно возможной для оценки этой работы ее надо сравнивать с максимально возможной в данном процессе, т. е. с эксергией. Во-вторых, макс. работа м. б. получена только при взаимод. системы с окружающей средой. Напр., дай получения эксергии топлива его сжигают в определенном кол-ве О,, взятом из окружающей среды при использовании для горения чистого кислорода будет получено больше теплоты, но суммарная эксергия окажется меньше, т. к. для получения Oj из воздуха необходимо затратить нек-рую работу, а значит, эксергию. Аналогично при нафеваиии к.-л. тела теплоту нужно подводить только для повышения его т-ры выше т-ры окружающей среды, а до этой т-ры подофев происходит за счет теплоты, отбираемой от среды. [c.406]

Установление второго начала термодинамики и введение понятия о необратимости самопроизвольно протекающих процессов качественно изменили научное представление о времени. Обнаружилось неведомое для классической физики (а позднее квантовой механики) его свойство -направленность, критерием которой для процессов в изолированных системах служит изменение энтропии, названное в связи с этим А. Эддингтоном "стрелой времени" [23. С. 68]. Теория деградации структур, выравнивания свойств всех составляющих системы во всех возможных отношениях не может естественным образом описать феномен жизни, ее возникновение, усложнение и совершенствование. Перенесение этой концепции на мир в целом ведет, с одной стороны, к идеям креационизма и катастрофизма Ж. Кювье, а с другой - к идее У. Томпсона и Р. Клаузиуса о "тепловой смерти", в конечном счете к теологическим воззрениям на сотворение и конец мироздания. [c.47]

Итак, если только ограничиться рассмотрением обратимых процессов, то предположение об аналогичном характере тепловой энергии и других видов энергии в том отношении, что энергию любого вида можно представить как произведение потенциала на фактор емкости, приводит к уравнениям для вычисления коэффициентов полезного действия тепловых машин. Эти уравнения аналогичны уравнениям, применяющимся для расчета коэффициентов полезного действия других обрати-мьих машин и для установления абсолютной шкалы температур. Заметим попутно, что влияние необратимого течения процессов на коэффициент полезного действия будет рассмотрено в приложении С. Обычно вопросы, упомянутые выше, излагаются в учебниках после того, как сформулировано второе начало термодинамики. Но сейчас ясно, что они связаны с элементарным толкованием действия обратимых машин, основанным на приложении уравнений (11.1) — (11-4) к тепловой энергии. Если бы мы были готовы принять представление о тепловой энергии еще до подробного обсуждения первого начала термодинамики, то можно было бы 11.8 поместить после 11.4. И действительно, существует ряд данных, свидетельствующих, что этим ходом рассуждений пользовался Сади Карно, правда, возможно, в известной мере интуитивно и е отдавая себе полного отчета о вытекающих из него практических следствиях. Сади Карно еще в 1824 г. дал правильное уравнение для вычисления коэффициента полезного действия тепловой машины, задолго до того как были сформулированы [c.225]

Из второго начала термодинамики (из невозможности некомпенсированного перехода тепла в работу) вытекаетневозлгожностб множества процессов, составной частью которых должен был бы явиться некомпенсированный переход тепла в работу. Таким образом, второе начало термодинамики побуждает нас разграничить многообразие мыслимых процессов, допускаемых первым началом, на две области на область, которая слагается из процессов, возможных и действительно происходящих, и на область процессов, которые можно лишь воображать, но которые в силу законов природы невозможно реализовать. Это влечет за собой деление всех процессов, которые могут происходить в действительности, на два класса процессы обратимые и процессы необратимые- [c.72]

ПИИ в отдельных частях системы и при меньшем, и, очевидно, процессы в этих случаях будут различными. Именно это наблюдается в биологических системах, для которых характерно диспропорционирование энтропии. Общий баланс биологических процессов в достаточно большой системе, конечно, находится в согласии со вторым началом термодинамики, но сопряжение процессов приводит к временному развитию низкоэнтропийных организаций. Если состояние равновесия в классической термодинамике определено достаточно полно, то в описании поведения неравновесных систем термодинамика менее продуктивна. Принцип, который часто рассматривают как вторую часть второго начала термодинамики, утверждающий, что в необратимом процессе в изолированной системе энтропия возрастает, оставляет много возможностей для протекания процессов по совершенно различным путям. Так, система, содержащая источник энергии (Солнце) и набор веществ, может достигнуть максимума энтропии в результате простых химических процессов, а может, как мы наглядно в этом убеждаемся, пойти по пути, на котором одним из продуктов диспро-порционирования энтропии явится мозг человека. [c.14]