Міністерство охорони здоров'я України Вінницький національний медичний університет ім.М.І.Пирогова ФІЗИЧНА І КОЛОЇДНА ХІМІЯ Конспект лекцій для студентів 2-го курсу денного відділення фармацевтичного факультету 2. Другий та третій закони термодинаміки, термодинамічні потенціали м. Вінниця, 2004 р. 1 ДРУГИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ За першим законом термодинаміки при перетворенні однієї форми енергії в іншу повна енергія системи не змінюється. Але цей закон не надає жодних обмежень стосовно можливості цього процесу. Тому за першим законом термодинаміки ми можемо розрахувати енергетичний ефект процесу, але не можемо знати, чи цей процес взагалі буде протікати, в якому напрямку та на скільки повно. Самодовільний процес - процес, який може відбуватися без затрат роботы ззовні, причому в результаті може бути одержана робота в кількості, пропорційній до змін, які відбулися в системі. Самодовільний процес може відбуватися або зворотньо, або незворотньо. Для того, щоб самодовільний процес відбувався зворотньо, необхідно прикласти ззовні такий опір, щоб перехід в прямому напрямку був дуже повільним, а при нескінченно малій зміні протидіючої сили процес міг повернути в зворотньому напрямку. Якщо зміни, які відбуваються в системі, є зворотніми, здійснюється максимально можлива кількість роботи. Будь який реальний процес в певній мірі є незворотним, і робота в ході такого процесу здійснюється меншою, ніж максимально теоретично можлива. Несамодовільний процес - процес, для якого необхідно витрачати зовнішню роботу в кількості, яка пропорційна до змін стану системи. Другий закон термодинаміки визначає можливість, напрямок і межу перебігу самодовільного процесу, яка кількість роботи буде при цьому здійснена. Крім того, Другий закон термодинаміки надає можливість визначити, за яких умов певний процес проходитиме в необхідному напрямку та до потрібного ступеня. Подібно до першого, другий закон термодинаміки було виведено безпосередньо з дослідів. Другий закон термодинаміки має обмеження: його можна застосовувати лише до макроскопічних систем. Є різні формулювання другого закону: 1) Теплота не може самодовільно переходити від холодного тіла до гарячого). 2) Процес, єдиним результатом якого є перетворення теплоти в роботу, неможливий. 3) Не можна побудувати машину, яка б здійснювала роботу за рахунок охолодження теплового резервуар Лекция 2. 2-й та 3-й закони термодинаміки 2 4) Вічний двигун другого роду неможливий. Під вічним двигуном другого роду розуміють періодично діючу машину, яка перетворює всю теплоту в роботу. Для того, щоб получити математичний вираз другого закону термодинаміки розглянемо роботу ідеальної теплової машини (машини, яка зворотньо працює без тертя та втрат тепла, робочим тілом в якій є ідеальний газ). епловіддатчик (нагрівач)  Q1  Робоче ТІЛО  Q2  Теплоприймач (холодильник)         T1  T2 = Q - Q2   Нагрівач з температурою T1 надає теплоту Q1 робочому тілу, яке здійснює роботу розширення W; щоб повернутися в вихідний стан, робоче тіло має віддати певну кількість теплоти Q2 тілу, яке має більш низьку температуру Т2 (холодильнику), причому W = Q1 - Q2 Відношення кількості виконаної роботи W до кількості теплоти, отриманої робочим тілом від тепловіддатчика, називається термодинамічним коефіцієнтом корисної дії (к.к.д.): = W/Q1=(Q1 – Q2)/ Q1 Робота ідеальної теплової машини базується на принципі зіоротнього циклічного процесу, т.з. циклу Карно (рис.). Запишемо вирази для роботи на всіх частинах циклу: Частина 1-2: Ізотермічне розширення W1 = Q1 = RT lnV2 1 Лекция 2. 2-й та 3-й закони термодинаміки 3 Частина 2-3: Адіабатичне розширення W2 = -U = Cv (T1 - Т2) Частина 3-4: Ізотермічне стискання. W3 = -Q2 = RT lnV4 3 Частина 4-1: Адіабатичне стискання. W4 = -U = Cv (T2 – Т1) Загальна робота в циклі дорівнює сумі робіт на всіх його частинах: W = W1 + W2 + W3 + W4 Після елементарних перетворень маємо вираз ...