PHYS 4B — Лекция 5 — Второй закон термодинамики

Лекция 5 из примерно 30 в серии «Физика 4B за 30 лекций» В этой лекции рассматриваются идеи, лежащие в основе второго закона термодинамики, разъясняется, что мы подразумеваем под квазистатическими и обратимыми процессами, почему «идеальные двигатели» не могут существовать и почему тепловые потери неизбежны. Затем мы обосновываем необходимость энтропии как новой функции состояния: чего-то, что можно использовать для отслеживания направления реальных процессов и для установления ограничений на тепловые двигатели. Краткое руководство «на что обратить внимание» (соответствует главам ниже): Квазистатические процессы против обратимых: медленные процессы все еще могут быть необратимыми; обратимость — более строгое условие, связанное с отсутствием диссипативных потерь. Тепловые потери + «идеальный двигатель»: почему преобразование всего тепла в работу нарушило бы второй закон термодинамики и как это связано с ограничениями эффективности двигателя. Энтропия как функция состояния: почему необходима новая величина помимо энергии; контрпример, показывающий, что «учет энергии» сам по себе не отражает направленность процессов. Неравенство Клаузиуса: математическое утверждение необратимости и то, как оно приводит к определению изменения энтропии через обратимые пути. Картина беспорядка/множественности: связь ΔS с «большей степенью упорядоченности системы» и то, как это подтверждает повседневную формулировку Второго закона термодинамики. Полезные соотношения, используемые в этой лекции (AsciiMath): dS = δQ_rev/T ΔS = ∫(δQ_rev/T) Неравенство Клаузиуса: ∮ (δQ/T) меньше или равно 0 Второй закон термодинамики (изолированная система): ΔS больше или равно 0 Идея предела эффективности: η меньше 1 (необходимо отводить часть тепла в более холодный резервуар) 00:00:00 - Введение в лекцию 5 00:04:08 - Квазистатические и обратимые процессы 00:19:54 - Тепловые потери и идеальный двигатель 00:36:41 - Энтропия, новая функция состояния, введение и контрпример 01:06:41 - Энтропия, новая функция состояния, неравенство Клаузиуса 01:23:40 - Беспорядок, энтропия, второй закон термодинамики