Константин Ефанов - Вопросы теоретической термодинамики

Клазиус отмечает о незнании величин внутренних сил, а о знании суммы их с теплотой тела, то есть

Функция U названа Клазиусом энергией тела и содержит внутреннюю теплоту и теплоту, затрачиваемую телом на внутреннюю работу.

На этом основании уравнение переписывается в виде:

Клазиус привел уравнения для циклических процессов:

и для обратимого кругового процесса:

Для поршня выведено уравнение:

__

После этого Клазиус формулирует второе начало термодинамики.

Клазиус рассматривает круговой процесс.

Клазиус описывает цикл, затем записывает результат кругового процесса.

Тепло Q 1от более нагретого тела разделилось на тепло Q, преобразованное в работу и на тепло Q 2, перешедшее к более холодному телу:

При этом для обратного кругового процесса: тепло Q, преобразованное из работы, вместе с теплотой Q 2более холодного тело переходит в тепло Q 1более нагретого тела.

Клазиус приводит принцип, указанный в работе Карно: теплота не может самопроизвольно перейти от холодного тела к горячему без дополнительных затрат энергии.

Клазиус приводит доказательство того, что количество преобразуемой теплоты на зависит от используемого вещества в цилиндре (в цикле). Этот вывод повторяет размышления в работе Карно. Клазиус записывает отношение, необходимое к выполнению:

Это отношение зависит от температурного перепада (но не от химического состава вещества, как указано выше).

Отношение между полученной и отданной теплотой:

Полученное отношение аналогично будет зависеть только от перепада температур.

После этого Клазиус ставит проблему найти функцию f(T 1,T 2). Для этого он анализирует круговой обратимый цикл, для которого записаны уравнения ( V и v – объемы на рисунке цикла в работе Клазиуса):

Из рассмотрения поведения газов Клазиус выводит уравнения:

И теперь из совместного рассмотрения с уравнением отношения объемов:

Полученное уравнения является искомой зависимостью для температур, то есть:

Уравнение

после этого записывается в виде:

Это же уравнение переписывается с изменением знака:

Знак меняется на основании того, что теплота Q 2считается поглощенной в круговом цикле и должна иметь знак «-», из-за которого меняется знак в уравнении.

Затем Клазиус приводит уравнения для круговых циклов, в которых теплота передается между большим количеством перепадов температур, чем при одном.

Таким образом, для кругового цикла из нескольких сопряженных циклов:

Клазиус приводит произвольно очерченную фигуру (площадь равна внешней работе), которая разбивается на бесконечное число сопряженных круговых циклов:

Для выполнения приведенного интеграла требуется, чтобы подынтегральное выражение было полным дифференциалом величины, зависящей от начального и конечного положения, но не от траектории пути.

Эту величину обозначают энтропией:

Величина dQ относится к подводимому теплу, T – к температуре тела, к которому подводится тепло.

Функция энтальпии описывает энергетической состояние системы по энергии, содержащейся в теплоте.

Теплосодержание системы является функцией энтальпии. Гиббс дает правильное определение в форме функции теплосодержания системы так как по значение разности между начальным и конечным значением энтальпии в процессе равно количеству теплоты Q полученной системой в процессе:

В этой формуле показан смысл введения функции энтальпии и область её использования в термодинамических расчетах.

Уравнение для энтальпии

нельзя вывести из уравнений Клазиуса

так как уравнение энтальпии описывает другой физический смысл.

Энтальпия вводит внешние силы, на преодоление которых система выполняет работу.

Обозначение «H» в формулах:

имеет разный физический смысл и разную физическую величину.

В уравнении энтальпии, величина H равна подведенному теплу Q:

В уравнении Клазиуса теплосодержание «H» не равно Q и то есть не является тепловой функцией системы, которой является теплосодержание под термином энтальпия.