Существует последовательность формулировок этого закона, разных по форме, но однообразных по существу.
Первая формулировка этого закона была дана в 1850 г. германским учёным Р. Клаузиусом в следующем виде:
? Теплота не имеет возможности самопроизвольно переходить от более холодного тела к более нагретому?.
Существует кроме этого следующая формулировка этого закона, эта Клаузиусом, в следующем виде:
? Неосуществим процесс, единственным результатом которого была бы передача теплоты от холодного тела к тёплому?.
Слово единственным подчеркивает не только невозможность яркой самопроизвольной передачи теплоты от холодного тела к тёплому, но и невозможность осуществления для того чтобы процесса без того, дабы в окружающей среде не остались бы какие-либо трансформации, т.е. не случился бы компенсирующий процесс. Так, к примеру, для охлаждения продуктов в холодильнике, т.е. отбора от них передачи и теплоты её в более нагретую воздух нужна затрата электричества, что и есть в этом случае компенсирующим процессом.
Вторая формулировка была дана (независимо от Р. Клаузиуса) в 1851 г. британским физиком У. Томсоном (Кельвином).
Долгая практика создания тепловых двигателей говорит о том, что подводимое в нем тепло к газу не все преобразуется в работу. Для возвращения газа в исходное состояние в ходе термодинамического цикла, складывающегося из нескольких процессов, в обязательном порядке должен быть процесс, в котором происходит отвод части подведенного к газу тепла во окружающую среду. Без этого процесса нереально вернуть газ в исходное состояние по окончании подвода к нему теплоты q1 (процесс 1-2, рис. 3.4) и последующего его адиабатного расширения (процесс 2-3) методом лишь адиабатного сжатия, т.е. без отвода теплоты q2.
Это разъясняется тем, что адиабатные процессы 2-3 и 4-1, соответствующие состоянию газа в начале и в конце процесса 1-2 разны, исходя из этого не пересекаются. Вправду, адиабата, проходящая через точку 1, описывается уравнением
,
откуда направляться, что
,
|
| Рис. 3.4 |
Адиабата, проходящая через точку 2, описывается уравнением
, откуда направляться, что
.
Так как параметры
и
разны, то и адиабаты, обрисовываемые этими уравнениями, разны, исходя из этого не пересекаются.
Следовательно, для возвращения газа в исходное состояние 1 по окончании подвода к нему теплоты q1 в ходе 1-2 и последующего адиабатного расширения в ходе 2-3 нужно отвести от него во окружающую среду в ходе 3-4 теплоту q2, а после этого методом адиабатного сжатия возвратить газ в исходное состояние (в точку 1).
На основании выше изложенного У. Томсон дал формулировку второго закона термодинамики в следующем виде:
?Нереально создать иногда действующую машину, делающую механическую работу лишь за счет охлаждения одного источника теплоты (без трансформации термодинамического состояния вторых тел)?.
Эта формулировка видится и в таком виде:
?Нереально создать иногда действующую машину, все воздействие которой сводилось бы лишь к производству механической работы и охлаждению источника теплоты?.
Т.е. в тепловых автомобилях в работу преобразуется лишь часть тепла q1, подведенного к газу, а вторая часть q2 отводится в теплоприемник, более холодному телу.
Следовательно, для функционирования тепловых автомобилей нужен не только источник теплоты q1 (теплоотдатчик), но и теплоприемник, что принимает ту часть теплоты q2, которая не преобразовывается в работу.
Увидим, что если бы было вероятно создать двигатель, создающий нужную работу лишь за счет отбора теплоты, к примеру, от океанской воды либо от земной поверхности, то таковой двигатель имел возможность бы трудиться всегда, поскольку запасы тепловой энергии в океанской воде, почва и атмосфере фактически не ограничены. Таковой двигатель германский физик В. Оствальд назвал вечным двигателем второго рода и дал третью формулировку этого закона:
“Нереально создать вечный двигатель второго рода”.
Свободная энергия нулевой точки
