Cтраница 3
Из анализа всех естественных самопроизвольных тепловых процессов видно, что все они необратимы и сопровождаются увеличением энтропии. Эти процессы в адиабатной системе прекращаются при достижении в ней теплового равновесия, энтропия при этом достигает своего максимального значения. [31]
Самопроизвольные процессы в адиабатной системе идут с возрастанием энтропии. Больцману, это означает, что система самопроизвольно переходит от менее вероятных состояний к более вероятным и, следовательно, энтропия связана с вероятностью состояния. [32]
Ректификационная система состоит из соответствующей колонны, перегонного куба ( называемого также кипятильником или испарителем), который служит для получения пара, питающего нижнюю часть колонны, и конденсатора для получения жидкости, орошающей верх колонны. Во всех случаях сама колонна практически представляет адиабатную систему ( потери тепла в больших изолированных колоннах очень малы), и вся передача тепла происходит в кубе и в конденсаторе. Ректификационная колонна может действовать периодически или непрерывно. В первом случае жидкость, подлежащая разделению, помещается в куб, и единственным питанием колонны служит пар из куба, который непрерывно изменяет свой состав. В непрерывно дей ствующей колонне жидкость, подлежащая разделению, непрерывно подводится к промежуточной точке, называемой уровнем питания. Часть колонны, находящаяся выше этого уровня, называется укрепляющей или ректификационной частью колонны ( или просто верхней крлонной), а находящаяся ниже этого уровня называется исчерпывающей частью, или отгонной, или просто нижней колонной. Из конденсатора выше колонны непрерывно отводится дестиллат, в которо. [33]
Знак неравенства в формуле (3.56) указывает на то, что интеграл в правой части формулы, взятый по неравновесному пути, не определяет разности энтропии конечного и начального состояний, а меньше ее. Аналогично, неравенство (3.57) выражает то, что адиабатная система может неравновесно переходить в такие состояния, в которых ее энтропия больше. В этом и состоит смысл закона возрастания энтропии в адиабатных системах при неравновесных процессах в ней. [34]
Все самопроизвольные процессы, аналогичные рассмотренным выше, сопровождаются возрастанием энтро пии. А так как в природе процессы совершаются самопроизвольно, то адиабатная система всегда стремится к состоянию с максимальным значением энтропии. [35]
Область возможных состояний за скачком конденсации ограничивается также и тем, что в адиабатном скачке плотность среды обязательно должна повышаться. Адиабатный скачок, сопровождающийся разрежением среды, термодинамически запрещен; его существование приводило бы к уменьшению энтропии адиабатной системы. Состояние за скачком конденсации отмечено на рис. 4 - 1 точкой 2; она располагается в пределах криволинейного треугольника nbm, ограниченного изоэнтропой Ьс, изохорой иг const и верхней пограничной кривой. [36]
Подводя итог, отметим, что, согласно второму закону термодинамики, как теплота, так и работа обратимого процесса всегда больше этих величин для аналогичного - необратимого процесса. Приведенный выше анализ подтверждает этот вывод применительно к системе, имеющей тепловое и механическое взаимодействие с окружающей средой, а также к адиабатной системе, взаимодействующей с окружающей средой только механически. Сказанное справедливо и для изолированной системы, а также для немеханических видов работы, когда объем системы не изменяется. [37]
S const одновременно при р или v - const, равна убыли гиббсовского потенциала системы плюс работа расширения. Это равносильно, как нетрудно убедиться, утверждению, что для термостатных систем максимальная работа всегда равна убыли свободной энергии, а для адиабатных систем - убыли энергии. [38]
Если система не обменивается с окружающими телами ни энергией, ни веществом, то она, как уже было сказано, называется изолированной или замкнутой; если же система имеет такой обмен, то она называется открытой. Система, не обменивающаяся с другими телами веществом, но обменивающаяся энергией, называется закрытой, а не обменивающаяся энергией только в форме теплоты - адиабатно изолированной или адиабатной системой. [39]
Первое начало термодинамики, как мы видели, устанавливает существование у всякой системы однозначной функции состояния - внутренней энергии, которая не изменяется при отсутствии внешних воздействий при любых процессах внутри системы. Второе начало термодинамики устанавливает существование у всякой равновесной системы другой однозначной функции состояния - энтропии, которая, однако, в отличие от внутренней энергии не изменяется у изолированной системы только при равновесных процессах и всегда возрастает при неравновесных процессах; аналогично ведет себя энтропия и адиабатных систем. [40]
Природа внутренней необратимости связана с уже высказанным ранее положением: работа может быть превращена в теплоту полностью, теплота в работу - лишь частично. Например, работа, совершаемая против сил трения, полностью переходит в теплоту. В реальной адиабатной системе, осуществляющей энергообмен с внешней средой в форме работы, существует трение, приводящее к возникновению внутренних тепловых явлений. А там, где речь заходит о теплоте, неизменно появляется и энтропия. [41]
Таким образом, величина 1 для обеих подсистем имеет одно и то же значение. Однако равенство Я1Л2 обусловлено только совпадением температуры обеих подсистем, относительно объемов У. Нарушим равновесие внутри составной адиабатной системы, изменив объем первой подсистемы до значения V i V i AV, а второй - до значения V 2V z - AV. [42]
Когда речь идет о вполне изолированной системе, понятие самопроизвольного процесса является самоочевидным: всякий процесс, возникший и протекающий в изолированной системе, есть процесс самопроизвольный. Но понятием самопроизвольности процесса пользуются шире, применяя его к системам неизолированным, например к системам, помещенным в термостат, и к системам адиабатным. Как известно, адиабатная система, в отличие от изолированной системы, имеет возможность производить или потреблять работу; здесь устранен только теплообмен с окружающими телами. [43]
Знак неравенства в формуле (3.56) указывает на то, что интеграл в правой части формулы, взятый по неравновесному пути, не определяет разности энтропии конечного и начального состояний, а меньше ее. Аналогично, неравенство (3.57) выражает то, что адиабатная система может неравновесно переходить в такие состояния, в которых ее энтропия больше. В этом и состоит смысл закона возрастания энтропии в адиабатных системах при неравновесных процессах в ней. [44]
В зависимости от условий взаимодействия рассматриваемой термодинамической системы с другими рассматривают открытую и закрытую, изолированную и адиабатную системы. Открытой термодинамической системой называют систему, которая обменивается веществом с другими системами, а в закрытой - обмен веществом с другими системами отсутствует. В изолированной термодинамической системе отсутствует обмен веществом и энергией с другими системами. В адиабатной системе отсутствует теплообмен с другими системами. Адиабатные термодинамические системы могут быть как открытыми, так и закрытыми. [45]