II zasada termodynamiki

Pierwsza zasada termodynamiki stwierdza, że w ogóle można zamienić ciepło na pracę, natomiast druga zasada podaje warunki, w jakich można zamienić ciepło na pracę oraz jak należy przeprowadzić proces, aby z danej ilości ciepła uzyskać maksymalną pracę.

Trzy sformułowania II zasady termodynamiki:

a) aby zamienić ciepło na pracę muszą istnieć dwa źródła ciepła o różnych

temperaturach,

b) sprawność termiczna procesu (obiegu silnika) nie może osiągnąć jedności,

c) w przyrodzie możliwe są tylko takie przemiany, podczas których entropia

układu wzrasta.

Praktycznie oznacza to, że entropia układu zamkniętego i izolowanego nie może maleć podczas dowolnej przemiany i wzrasta przy przemianach nieodwracalnych. W praktyce stosuje się najczęściej przyrosty entropii lub względne wartości entropii ponad stan przyjęty umownie za zerowy.

Przyrost entropii dla substancji stałych i ciekłych o stałym cieple właściwym

c_p>c_v = c = const można zapisać w postaci:

(17)

Ze wzoru na entropię ciepło przemiany jest równe:

(18)

Rys. 3. Interpretacja ciepła przemiany na wykresie T-S

Może ono być przedstawione na wykresie o współrzędnych T – S (rys. 3) w taki

sam sposób jak praca zewnętrzna przemiany na wykresie o współrzędnych

p – V (rys.1). Ciepło przemiany jest dodatnie, gdy entropia rośnie, a ujemne gdy

entropia maleje.

Podstyczna na wykresie o współrzędnych T –S przedstawia rzeczywiste ciepło

właściwe przemiany w stanie odpowiadającym punktowi styczności.

Ponieważ dla gazów i par c_p > c_v, na wykresie o współrzędnych T-S izobara

przebiega łagodniej od izochory. Podobnie jak pracę przedstawia pole pod

krzywą przemiany na wykresie p-V, ciepło może być przedstawione w postaci

pola pod krzywą przemiany na wykresie T-S. W przemianach odwracalnych

pole to jest miarą ciepła wymienianego z otoczeniem, natomiast dla przemian

nieodwracalnych z tarciem przedstawia sumę ciepła wymienianego z

otoczeniem oraz ciepła Q_f doprowadzonego nieodwracalnie.

Przyrost entropii układu można rozdzielić na część spowodowaną wymianą

ciepła z otoczeniem:

(19)

gdzie: dQ – ciepło wymienione z otoczeniem

oraz zawsze dodatnie wytworzenie entropii wewnątrz rozpatrywanej części

układu spowodowane zjawiskami nieodwracalnymi np. praca tarcia

zostaje zamieniona na ciepło tarcia (dQ_f = dL_f).

Entropia układu adiabatycznego na skutek przemian nieodwracalnych wzrasta

a w przypadku przemian odwracalnych nie zmienia się