Необоротність теплових процесів. ІІ закон термодинаміки

Закон збереження енергії стверджує, що кількість енергії при будь-якому її перетворенні залишається незмінною. Але прагнення до рівноваги означає, що у подій є певний хід: тепло передається від нагрітих тіл до холодних; не може м’яч, що лежить на столі, самостійно почати рухатись. У цьому полягає ІІ закон термодинаміки: неможливо перевести теплоту від більш холодної системи до більш гарячої при відсутності інших одночасних змін в обох системах або в оточуючих тілах. У такому вигляді ІІ закон термодинаміки запропонував Клаузіус.

Мати запас енергії недостатньо, необхідно вміти за рахунок енергії рухати машини та механізми.

Тепловим двигуном називається пристрій, у якому внутрішня енергія палива перетворюється на механічну енергію. У теплових машинах внутрішня енергія, звільняючись при згорянні палива, перетворюється на механічну енергію. Це відбувається так: тіло, розширюючись при нагріванні, виконує роботу. Оскільки пари та гази розширюються сильніше за інші речовини, їх використовують як робоче тіло. Отже, тепловий двигун виконує роботу за рахунок внутрішньої енергії в процесі переходу теплоти від більш гарячих тіл до більш холодних. Але для того щоб тепловий двигун працював, необхідно акти розширення робочого тіла багаторазово повторювати, тобто систему треба повертати до початкового стану. А для цього треба виконати роботу. Очевидно, що корисний вихід роботи можливий тільки в тому випадку, якщо робота повернення до початкового стану буде меншою, ніж робота, яку отримують при розширенні. Неможливість повного перетворення внутрішньої енергії в роботу в тепловому двигуні лежить у основі ще одного формулювання ІІ закону термодинаміки: неможливо здійснити такий періодичний процес, єдиним результатом якого було б отримання роботи за рахунок теплоти, взятої від одного джерела. У такому вигляді ІІ закон термодинаміки запропонував Кельвін. Для характеристики ефективності теплового двигуна використовують коефіцієнт корисної дії (ККД).

ККД - відношення роботи, що виконується двигуном, до кількості теплоти одержаної від нагрівача. Максимальний ККД має машина, що працює за циклом Карно. Цикл Карно складається з двох процесів: ізотермічного та адіабатного.