Обратимых процессов

Точно так же можно показать, что если в обратимых процессах тепло от газа отводится (Л<7< 0), то энтропия газа уменьшается, и, наоборот, если энтропия газа уменьшается, это означает, что тепло от газа отнимается.

Согласно выражениям (1.144) и (1.145), гэ = 1 только при обратимых процессах.

Применительно к неэнергетической продукции используют понятия теплового и эксергетического эквивалентов производства продукта, учитывающих соответственно затраты теплоты или электроэнергии в обратимых процессах получения продукта при равновесном состоянии продуктов реакции с окружающей средой (по температуре и давлению). Если при этом, кроме непосредственно подводимой теплоты, в качестве технологического сырья используется какое-либо топливо, то при расчете эквивалента необходимо также учиты-

Особенность энтропии заключается в том, что она обязательно изменяется при теплообмене. При подводе тепла к телу его энтропия возрастает, при отводе — уменьшается. Главная трудность в понимании физического смысла энтропии состоит в том, что энтропия не поддается измерению, как, например, давление и объем. Можно лишь вычислить изменение энтропии по изменению тех параметров, которые доступны для непосредственного измерения (давление, температура, объем). Из уравнения (163) следует, что в обратимых процессах при возрастании энтропии (ds > 0) тепло подводится к телу (dq > 0), а при убывании энтропии (ds < 0) тепло отводится от тела (dq << 0). Знак энтропии совпадает со знаком тепла и определяет, получает рабочее тело тепло или отдает его.

Второй закон термодинамики и энтропия позволили лучше оценить энергетические возможности систем. Еще Гиббс и Гельмгольц доказали, что в данной среде, например в земной атмосфере, можно использовать только часть полной энергии системы At/, например химического топлива. Эта часть была названа «свободной энергией» — А/7. Другая же часть энергии топлива — «связанная», равная произведению температуры окружающей среды Г0 на изменение энтропии в обратимых процессах (например, в результате изменения числа молей газообразных веществ, участвующих в реакции) — AS0, то есть — QO—TO&.SQ, — переходит в тепло и рассеивается в окружающей среде. Таким образом, максимальная работа, которую способна совершить система, не может превысить величины Wmax=hU — T0kSQ=&F. Поскольку же в реальных процессах всегда имеют место потери вследствие необратимости — ТоА5н, то действительная работа всегда меньше максимальной Wn=&U — Го(Д5о+

Энергия системы складывается из эксергии и анергии. В соответствии с первым законом термодинамики сумма эксергии и анергии во всех процессах остается постоянной. Из второго же начала термодинамики следует, что во всех необратимых процессах эксергия уменьшается, превращаясь в анергию, и остается постоянной только в обратимых процессах.

Уменьшение внутренней энергии «1 — иг называется тепловым эффектом химической реакции. Тепловой эффект реакции слагается из выделенной при реакции теплоты и внешней работы. При обратимых процессах получается максимальная работа, и реакция сопровождается минимальным выделением тепла:

Если бы свойства энтропии ограничивались только постоянством в идеальных обратимых процессах, то споров вокруг нее было бы значительно меньше. Однако энтропия имеет еще одно важное свойство, именно оно уже более 100 лет вызывает острые споры.

Таким образом, второй закон термодинамики состоит из констатации двух положений — существования и постоянства энтропии в обратимых процессах (Карно) и возрастания энтропии в необратимых процессах .(Клаузиус).

Таким образом, и статистическая трактовка энтропии приводит тоже к положениям второго закона термодинамики: в изолированных системах энтропия может либо оставаться неизменной (в идеальных, обратимых процессах, где уровень неорганизованности остается неизменным), либо возрастать (в реальных процессах, где неупорядоченность, неорганизованность возрастают).

Первая часть второго закона термодинамики — положение о существовании энтропии и ее неизменности в обратимых процессах — не вызывает теперь ни у кого сомнений.

Полученное выражение справедливо для обратимых процессов. Представим себе процесс обратимого испарения (рис. 8.3, а), при котором жидкость, переходя в пар, будет производить работу

где deS - изменение энтропии за счет обмена теплом и веществом с внешней средой; d;S - изменение энтропии в результате протекания необратимых процессов внутри системы.

причем для обратимых процессов d.S=0, а необратимых - d.S>0.

где d S - изменение энтропии за счет обмена теплом и веществом с внешней средой; d.S - изменение энтропии в результате протекания необратимых процессов внутри системы.

причем для обратимых процессов d.S=0, а необратимых - d.S>0.

ператур между источником тепла и газом, характеризуются тем, что при обращении процесса и сам газ, и вся окружающая среда могут быть приведены в первоначальное состояние. Отсюда эти процессы получили название обратимых процессов. Если же процесс провести при конечной скорости поршня, что повлечет за собой образование неодинакового по всей массе газа давления, то такой процесс провести в обратном направлении через все стадии прямого процесса уже нельзя, а если все же удастся привести газ в начальное состояние, минуя все промежуточные стадии прямого процесса, то после этого в окружающей среде останутся какие-либо изменения по сравнению с первоначальным состоянием; например, в результате может оказаться, что от окружающих тел отнята механическая энергия, пошедшая на совершение работы над газом, а этим телам в свою очередь сообщено от газа некоторое количество тепла.

Поэтому такие процессы получили название необратимых процессов. То же произойдет, если процесс будет протекать с конечной разностью температур между температурой источника тепла и температурой газа.

Перенесение результатов изучения обратимых процессов на необратимые обыкновенно осуществляется при помощи опытных коэффициентов, учитывающих влияние факторов, отличающих необратимые процессы от обратимых.

Вместе с тем изучение обратимых процессов как процессов, протекающих в идеальных условиях, имеет большое практическое значение, так как оно дает возможность судить о пределах, к которым могут стремиться действительные процессы.

принятому нами ранее правилу знаков означает, что тепло к газу подводится. Таким образом, можно сделать следующий вывод: если тепло к газу подводится (A<7>-0), то энтропия газа увеличивается (As>0), и, наоборот, если энтропия газа увеличивается, то это значит для обратимых процессов, что тепло к газу подводится.

В настоящем курсе нас будет интересовать только термодинамическое рассмотрение циклов. Поскольку такое изучение возможно в отношении обратимых процессов, мы рассмотрим лишь циклы идеальных машин.