Principiul al doilea al termodinamicii

PRINCIPIUL AL II -LEA AL TERMODINAMICII
Istoria acestui principiu este una dintre fascinantele aventuri ale ştiinţei, care a
generat nenumărate paradoxuri, controverse şi predicţii tulburătoare (moartea
termică), presărată cu evenimente uneori tragice (sinuciderea lui Boltzmann), o
aventură care a atras irezistibil o serie de minţi geniale ale omenirii, revoluţionari
dintre cei mai mari ai fizicii (Planck, Einstein), nenumăraţi laureaţi ai premiului
Nobel.

Caracterizarea generală şi conţinutul 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.
 Primul principiu al termodinamicii a arătat posibilitatea transformării L în Q si
invers fără a specifică în ce condiţii aceste transformări sunt posibile.El a arătat
echivalenţa cantitativă dintre L si Q si a introdus proprietatea de energie internă (U),
care nu variază în absenţa acţiunilor exterioare pentru orice procese din interiorul
sistemelor.
 Din definiţia noţiunilor de L si Q s-a constatat că între acestea există o
deosebire fundamentală: dacă lucrul mecanic poate determina variaţia oricărei forme
de energie, căldura poate determina numai variaţia energiei interne a sistemului.
 Această neechivalenţă dintre Q si L nu ar avea importanţă dacă s-ar putea
transforma fără dificultate Q în L.
 După cum arată experienta, în timp ce la transformarea L în Q fenomenul se
poate limita la variaţia stării termodinamice numai a corpului (receptorul de căldură,
de exemplu la încălzirea prin frecare sau electrică), la transformarea Q în L, odată cu
răcirea corpului care cedează Q, are loc variaţia stării termodinamice a altor corpuri
care iau parte la proces: a substanţei de lucru la procesele deschise sau a altor corpuri
la procesele ciclice închise.
 Variaţia stării corpului de lucru (dacă procesul este deschis) sau cedarea unei
părti din caldură de către substanţa de lucru altor corpuri şi în consecinţă schimbarea
stării termodinamice a acestor corpuri într-un proces ciclic de transformare a Q în L
se numeşte compensaţie.
Experienţa conduce deci la faptul că fără compensaţie nu se poate transforma nici -o
calorie de căldură în lucru mecanic. Dar lucrul mecanic se poate transforma în
căldură fără compensaţie.
Cu alte cuvinte, dacă căldură este transformastă în lucru mecanic şi după un proces
ciclic de la un corp sau de la diferite corpuri s-a luat o cantitate de căldură Q (Q<0) iar
L efectuat este L (L>0):
 34Q > L (sageata indică sensul procesului)
Daca dimpotrivă, L (L<0) este transformat în caldură, atunci
L = Q
Deci principiul al II-lea al termodinamicii reprezintă ansamblul a doua propoziţii
independente:
 Q > L 4.1

 L = Q

care exprimă sub formă cantitativă conţinutul principiului al II-lea al termodinamicii.
 Prin urmare, mişcarea ordonată (L) poate fi transformată integral în mişcare
dezordonată (Q), pe când procesul invers este IMPOSIBIL, necesitând un mecanism
compensator auxiliar.

Transformarea monotermă.Formularea de bază a principiului al
doilea
 Conform cu principiul I, pentru un sistem care suferă o transformare ciclică,
∆U=0 şi Q=L. În consecinţă există situaţiile:
 a) L = 0; Q = 0
b) L > 0; Q > 0 4.2
 c) L < 0; Q < 0
 Când este realizat cazul (b) se spune că sistemul funcţionează ca o maşină
termică: primeşte căldură şi efectuează lucru mecanic.
Problema cu largi aplicaţii practice este cum să se transforme Q în L cu randament
maxim. Pentru aceasta este necesar în primul rând un rezervor termic (termostat),
adică un corp sau un sistem de corpuri care se găsesc în stare de echilibru
termodinamic şi care au o rezervă suficientă de energie internă sau altfel spus, o
capacitate calorică infinită. Rezervorul nu are posibilitatea să efectueze el însuşi lucru
mecanic ci doar să schimbe energie sub forma de căldură cu alte corpuri. Sistemul
care primind energie internă sub formă de căldură, de la unul sau mai multe
rezervoare termice şi efectuează L se numeşte corp de lucru (substanţă de lucru).
 Dispozitivul care cu ajutorul unui corp de lucru transformă periodic (continuu)
Q în L se numeşte masină termică.