1 Druga zasada termodynamiki praca ciepło – T = const? ciepło praca – T = const? Druga zasada termodynamiki stwierdza, że nie możemy zamienić ciepła na pracę w stałej temperaturze. Ciepło nie może być pobrane i zamienione na pracę w stałej temperaturze bez dodatkowych zmian w układzie lub otoczeniu Sadi Carnot Sformułowana na podstawie obserwacji pracy maszyn cieplnych. Przy przemianach ciepło praca mechaniczna obowiązuje I zasada termodynamiki. Ale jest niewystarczająca. Przemiana ciepłą w pracę podlega pewnym ograniczeniom

2 Silnik cieplny zbiornik ciepła chłodnica Silnik pobiera ze zbiornika ciepło wykonuje pracę przekazuje ciepło do chłodnicy Z I zasady termodynamiki

3 Inne sformułowania II zasady termodynamiki Silnik cieplny, działający periodycznie i nie zasilany żadną inna formą energii, musi pobierać ciepło ze źródła o temperaturze wyższej od najzimniejszego ciała w otoczeniu. Nie istnieją periodycznie działające silniki takie, dla których jedynym wynikiem działania byłoby uzyskiwanie pracy mechanicznej kosztem ciepła pobranego z jednego tylko zbiornika. Perpetuum mobile drugiego rodzaju (urządzenie, które stale dostarczałoby pracę kosztem pobranego z otoczenia ciepła zamienianego całkowicie na pracę) jest niemożliwością II zasada wiąże się z faktem, że w przyrodzie występują zjawiska nieodwracalne, biegnące samorzutnie tylko w jednym kierunku

4 F Praca wykonana na pokonanie sił tarcia zamienia się na ciepło QCzy doprowadzona energia cieplna zamieni się na energię kinetyczną kostki? Proces nieodwracalny

5 Silniki odwracalne Idealny silnik – pracujący bez strat – odpowiednik ruchu bez tarcia. Analogia mechaniczna – kierunek przebiegu zjawisk mechanicznych przebiegających bez tarcia można łatwo odwrócić – wystarczy zadziałać niewielką siłą w danym kierunku. Idealny silnik - niewielka zmiana temperatury zmienia kierunek przepływu ciepła

6 Ciepło płynie zawsze pomiędzy dwoma ciałami o tej samej temperaturze – nieskończenie mała różnica temperatur określa kierunek jego przepływu – przepływ odwracalny. Nieznacznie ogrzewamy ciało z lewej strony Nieznacznie oziębiamy ciało z lewej strony Idealny silnik – silnik odwracalny – każdy proces można odwrócić – dokonując małych zmian zmienić bieg silnika na przeciwny.

7

8 Gaz doskonały zamknięty tłokiem poruszającym się bez tarcia w cylindrze Gaz w kontakcie ze zbiornikiem ciepła – ogrzewamy gaz i rozprężamy równocześnie – przy powolnych zmianach objętości temperatura = T 2 - izotermiczne rozszerzanie Szybko wyciągamy tłok – temperatura szybko spada poniżej T 2 i przemiana nie jest odwracalna. Gaz rozprężamy adiabatycznie, ΔQ = 0, temperatura maleje do wartości T 1 – ciepło nie dopływa ze zbiornika. Gaz sprężamy izotermicznie w kontakcie z chłodnicą – ciepło odpływa z cylindra. Gaz sprężamy adiabatycznie – aż temperatura wrośnie do wartości T 2. Cykl możemy powtarzać, również w odwrotnej kolejności.

9 Praca wykonana podczas cyklu jest równa powierzchni ograniczonej krzywą Żaden silnik pracujący pomiędzy takimi samymi temperaturami jak silnik Carnot nie może wykonać większej pracy. Silnik (cykl) Carnot

10 Sprawno ść silnika idealnego Sprawność silnika wykonana praca pobrane ciepło 1.Izotermiczne rozszerzanie, U = const, praca wykonana przez gaz jest równa pobranemu ciepłu Q 2

11 Wykorzystaliśmy równanie, N – liczba atomów Podczas sprężania izotermicznego Równanie adiabaty

12

13 Ta własność jest słuszna dla każdego silnika odwracalnego – nie tylko silnika z gazem doskonałym Sprawność wszystkich odwracalnych silników, pracujących w identycznych warunkach – ( T 1, T 2 ) – jest jednakowa i określona wartościami temperatury zbiornika ciepła i chłodnicy twierdzenie Carnota

14 Dla silników nieodwracalnych mamy zawsze

15 Dla każdego cyklu Carnota – odwracalnego czy nieodwracalnego, suma stosunków ciepeł pobranych z danego źródła do jego temperatury jest nie większa od zera Nierówność tę można uogólnić na przemiany zamknięte o dowolnej liczbie źródeł ciepła nierówność Clausiusa

16 Jeśli temperatura źródeł zmienia się w sposób ciągły – zakres zmienności temperatury dzielimy na dowolnie małe odcinki o temperaturze średniej i ciepło pobrane ze źródła na tym odcinku W granicy, dla Dla procesów nieodwracalnych T jest temperaturą źródła

17 Przemiana zamkni ę ta i odwracalna A B s1s1 s2s2 Wartość całki nie zależy od drogi, funkcja podcałkowa jest różniczką pewnej funkcji – entropii S

18 przyrost entropii = przyrostowi ciepła podzielonemu przez temperaturę dla przemiany odwracalnej

19 Przemiana nieodwracalna 12 przemiana nieodwracalna przemiana odwracalna stan

20 Dla procesów nieodwracalnych zmiana entropii jest większa od sumy ciepeł pobranych ze źródeł podzielonych przez temperatury źródeł