4.1 Термодинамиканың II заңының анықтамалары

Ешқандай сыртқы әсерлердің көмегінсіз жүретін процестерді өздігімен жүретін процестер деп айтады. Энергия жұмсалғанда ғана жүретін процестерді өздігінен жүрмейтін процестер деп айтады. Процестер қайтымды және қамтымсыз болуы мүмкін. Термодинамиканың II заңы процесс өздігінен жүре алатынын көрсетеді:

1.жылу өздігінен суық денеден ыстық денеге ауыспайды

2. процестің нәтижесі тек жылудың жұмысқа айналуы болса, ол іске аспайды

3. II^ші текті мәңгілі қозғалтқыш болуы мүмкін емес (яғни, ол қоршаған ортаның салқындауы арқылы жұмыс атқаратын қолғалтқыш болып табылады).

Термодинамиканың екінші заңының математикалық теңдеуін шығару үшін жылудың жұмысқа айналу кестесін қарастырайық:

орындалған жұмыстың (А) қыздырғыштан алынған жұмысшы дененің жылу мөлшеріне (q₁) қатынасы пайдалы әсердің термодинамикалық коэффициенті деп аталады:

ПӘК =, (4.1).

мұнда: q₁ – қыздырғыштан алынған жылу;

q₂ – суытқышқа берілген жылу.

ПӘК қыздырғыш (Т₁) және суытқыштың (Т₂) температураларына тәуелді (4.1) теңдеуді келесі түрде жазамыз:

немесе (4.2)

шаманы процестің келтірілген жылу дейді.

4.2 Энтропия

Неміс физигі Р. Клаузиус қайтымды изотермиялық процесс үшін процестің келтірілген жылуы оның күй функциясы екенін көрсетті. Бұл шаманы энтропия (S) дейді, ол жұмысқа айналдыруға болмайтын, яғни байланысқан энергияның мөлшері болып келеді:

(4.3)

ал қайтымды ауысудың шексіз аз жылу мөлшері (dq) үшін

(4.4).

(4.3) және (4.4) теңдеулерді қайтымды процестер үшін термодинамиканың II заңының математикалық теңдеулері дейді.

4.3 Әртүрлі процестер үшін энтропия өзгерістерін есептеу

4.3.1 Қайтымды изотермиялық процестер үшін

(P = const) (4.5)

мұнда: DН – өзгерістің жылуы

Т – өзгерістің температурасы.

Келтірілген теңдеу арқылы фазалық өзгерістердің (қайнау, балқу, айдау) энтропиясының өзгерісін (DS) есептейді.

4.3.2 Р=const жай жүретін, қайтымды процеске жуық температураның өзгеруі үшін:

(4.6)

(4.7)

4.3.3 Идеалды газ энтропиясының өзгеруі.

Термодинамиканың I және II заңдарының теңдеулерін қолданып, келесі теңдеу аламыз:

TdS = c_VdT+PdV

(бір моль үшін)

немесе

(4.8)

(4.8) теңдеуді интегралдаймыз:

(4.9) немесе

(4.10)

Демек, V мен Т жоғарылаған сайын энтропия өседі және Р өскен сайын төмендейді.

4.3.4 Қайтымсыз процестер үшін

Қайтымды процестер үшін жұмыстың шамасы әрқашанда қайтымсыз процестерге қарағанда үлкен болады, ал ішкі энергияның өзгеруі күй функциясы ретінде процестің жүру жолына тәуелсіз, демек

dА_{қай-сыз}<dА_қай-ды

dU_{қай-сыз}=dU_қай-ды

Онда термодинамиканың бірінші заңынан: dq = dU+dA

Келесі теңдік шығады: dq_{қай-сыз}<dq_қай-ды немесі

,өйткені

,онда

, немесе (4.11)

(4.11) теңдеу термодинамиканың II заңының қайтымсыз процестер үшін теңдеуі. (4.4) және (4.11) біріктіретін болсақ, кез-келген процестер үшін термодинамиканың II заңының теңдеуін аламыз:

немесе (4.12)

Оқшауланған жүйеде қоршаған орта мен жылу алмасу жоқ, демек

dq = 0, онда d S≥0 (4.13).

Демек, егер оқшауланған жүйеде өздігінен (қайтымсыз) процесс жүргенде, жүйенің энтропиясы жоғарылайды және тепе-теңдік орныққанда өзінің максималды шамасына келеді.