Principiul al II-lea al termodinamicii

1. Principiul al II-lea al termodinamicii

2. Caracterizarea generală a principiului al doilea al termodinamicii Această pasionantă aventură a început cu prima revoluţie tehnico-ştiinţifică (crearea maşinii cu abur şi preocupările legate de îmbunătăţirea randamentului acesteia - Carnot), generând cercetări ce s-au desfăşurat pe un fundal din ce în ce mai larg si mai profund, culminând în anii secolului XX cu o contribuţie extrem de importantă la actuala revoluţie tehnico-ştiinţifică (cibernetică, informatică), odată cu introducerea conceptului de entropie informaţională (Shannon) prin analogie cu entropia statistică Boltzmann. Esenţa principiului al doilea constă în introducerea unei noi mărimi de stare entropia şi în precizarea sensului de variaţie a acesteia în sistemele izolate ( Afanasieva 1928). Principiul al II-lea indică sensul în care se desfăşoară procesele din natură, stabileşte limita maximă de transformare a căldurii în lucru mecanic în procese ciclice si afirmă neechivalenţa calitativă dintre L si Q.

3. Carnot a fost primul care a arătat că nu este posibil să funcţioneze o maşină cu un singur rezervor (termostat), având nevoie de cel puţin două. În natură nu exista un proces ciclic monoterm, deci nu se poate realiza conversia periodică a lui Q în L fără modificări în mediul exterior, afirmaţia inversă fiind valabilă Aşadar, într-o transformare ciclica monotermă este imposibil să se transforme căldura în lucru mecanic făra schimbări în mediul exterior. Conţinutul acestui postulat este cunoscut sub denumirea de “formularea de bază a principiului al doilea al termodinamicii” Instalaţia care ar transforma periodic, fară compensaţie căldura unui corp oarecare în lucru mecanic se numeşte perpetuum mobile de speţa a II-a. ( W.Ostwald 1853-1932). Principiul al II-lea al termodinamicii arată prin experienţă că nu pot exista procese în care să aibă loc transformarea căldurii în lucru mecanic fără compensaţie (transformarea necompensată a Q în L) şi în al doile rând posibilitatea existenţei altor procese care nu sunt legate de o asemenea transformare. Astfel, principiul al doilea duce la împărţirea proceselor în reversibile şi ireversibile

4. Ciclul Carnot • Ciclul Carnot este un ciclu ideal ,teoretic , avand randament maxim. • Transformarea ciclica biterma si reversibila formata din doua izoterme si doua adiabate se numeste ciclul Carnot. • Randamentul ciclului Carnot nu depinde de natura substantei de lucru (teorema lui Carnot) ci numai de temperatura sursei calde Tı , si temperatura sursei reci T2 .

5. În termodinamică, ciclul Carnot este un ciclu teoretic, propus în 1820 de inginerul francez Nicolas Léonard Sadi Carnot, ciclu destinat comparării randamentului termic al maşinilor termice. Este un ciclu reversibil efectuat de o „maşină Carnot” legată la două surse de căldură de temperaturi diferite („sursa caldă” şi „sursa rece”). Foloseşte ca agent de lucru un gaz perfect prin transformările căruia se obţine lucrul mecanic. Reprezentarea în diagrama p-V a ciclului Carnot motor.

6. Ca orice ciclu termodinamic, şi ciclul Carnot poate fi parcurs în sens orar, fiind în acest caz un ciclu motor, sau în sens antiorar, fiind în acest caz un ciclu generator. În cele ce urmează va fi descris ciclul Carnot motor . -Este un ciclu în patru transformări: Destindere izotermăÎn această transformare (A-B în diagrama T-s) destinderea gazului este determinată de absorbţia de căldură la temperatură constantă de la sursa caldă, iar gazul efectuează lucru mecanic asupra mediului. Cantitatea de căldură absorbită de la sursa caldă este notată cu Q. Destindere adiabaticăreversibilă (izoentropică) a gazului. În această transformare (B-C în diagrama T-s) gazul continuă să se destindă efectuând lucru mecanic asupra mediului. Deoarece transformarea e adiabatică (fără schimb de căldură), prin destindere gazul se răceşte până la temperatura sursei reci, Comprimare izotermăreversibilă a gazului la temperatura sursei reci,. În această transformare mediul efectuează lucru mecanic asupra gazului, determinând evacuarea căldurii din gaz la temperatura sursei reci. Cantitatea de căldură evacuată la sursa rece este notată cu Q0.

7. Comprimare adiabaticăreversibilă (izoentropică) a gazului. În această transformare (D-A în diagrama T-s) mediul continuă să efectueze lucru mecanic asupra gazului. Deoarece transformarea e adiabatică (fără schimb de căldură), prin comprimare gazul se încălzeşte până la temperatura sursei calde. Comparaţie în diagrama T-s a unui ciclu oarecare cu un ciclu Carnot. Ciclul Carnot are cel mai mare randament termic posibil la transformarea căldurii în lucru mecanic la ciclul motor, respectiv transferă o cantitate maximă de căldură pentru un lucru mecanic dat în cazul ciclului generator.

8. Entropia În termodinamică, entropia este o măsură a cât de aproape de echilibrul termodinamic este un sistem termodinamic. Noţiunea a fost introdusă de Rudolf Clausius. Este o funcţie de stare caracterizată prin relaţia: - unde dQreveste cantitatea de căldură schimbată cu exteriorul într-o transformare reversibilă, între starea A la care se referă entropia SA şi starea de referinţă A0 - Teste temperatura absolută la care are loc transformarea. O introducere a entropiei termodinamice legată de consideraţii geometrice este datorită lui C.Carathéodory

9. Formularea de baza a celui de-al doilea principiu al termodinamicii: 1. Postulatul lui Thomson:in natura nu este posibil un proces ciclic al carui unic rezultat sa fie efectuarea de lucru mecanic pe seama caldurii de la un singur rezervor termic. 2. Postulatul lui Clausius:caldura nu poate trece, de la sine, de la un corp rece la unul mai cald fara a avea loc modificari in mediul extern. Deci principiul al II lea introduce o marime de stare numita entropie si afirma ca variatia de entropie a sistemelor izolate este nula in procesele reversibile si creste in procesele ireversibile : ∆S ≥0

10. Realizat de elevul Joldis Alin Clasa a-X-a C