Номер 2, страница 324 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Вопросы. Параграф 58. Второй закон термодинамики. Необратимость процессов в природе. Глава 8. Тепловые машины. Второй закон термодинамики. Молекулярная физика и термодинамика - номер 2, страница 324.

Условие.

2. Приведите примеры необратимых процессов.

Решение.

1. Сформулируйте второй закон термодинамики.

Решение:

Второй закон термодинамики, также известный как второе начало термодинамики, устанавливает фундаментальное ограничение на направление протекания термодинамических процессов. В отличие от первого закона, который является законом сохранения энергии, второй закон определяет, какие процессы могут происходить самопроизвольно, а какие нет. Существует несколько эквивалентных формулировок второго закона:

1. Формулировка Рудольфа Клаузиуса: Невозможен процесс, единственным результатом которого является передача тепла от более холодного тела к более горячему. Иначе говоря, теплота не может самопроизвольно переходить от тела с низкой температурой к телу с высокой температурой.

2. Формулировка Уильяма Томсона (лорда Кельвина): Невозможен циклический (круговой) процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счёт отвода теплоты от одного источника (нагревателя). Это означает невозможность создания "вечного двигателя второго рода", который бы преобразовывал в работу всю теплоту, полученную от одного резервуара.

3. Формулировка через энтропию: В изолированной термодинамической системе энтропия не убывает. Для обратимых процессов изменение энтропии равно нулю ($ \Delta S = 0 $), а для необратимых процессов — энтропия возрастает ($ \Delta S > 0 $). Таким образом, все самопроизвольные процессы в изолированных системах направлены в сторону увеличения энтропии, то есть увеличения хаоса и беспорядка в системе.

Ответ: Второй закон термодинамики гласит, что теплота не может самопроизвольно переходить от холодного тела к горячему (формулировка Клаузиуса), и невозможно создать вечный двигатель второго рода, который бы совершал работу, только лишь охлаждая один тепловой резервуар (формулировка Кельвина). В более общем виде, энтропия изолированной системы не может уменьшаться.

2. Приведите примеры необратимых процессов.

Решение:

Необратимыми называются процессы, которые могут самопроизвольно протекать только в одном направлении. Провести такой процесс в обратном направлении, чтобы и система, и окружающая среда вернулись в исходное состояние, невозможно. Примеры необратимых процессов:

1. Теплопроводность: Передача теплоты от нагретого тела к холодному при их контакте. Например, остывание горячего утюга в комнате. Обратный процесс — самопроизвольный нагрев утюга за счет тепла комнатного воздуха — не происходит.

2. Диффузия: Самопроизвольное выравнивание концентраций веществ при их смешивании. Например, распространение запаха духов в комнате. Молекулы духов не соберутся самопроизвольно обратно во флакон.

3. Трение: Превращение механической энергии в тепловую (внутреннюю) энергию. Например, при торможении автомобиля его кинетическая энергия переходит в тепло, нагревая тормозные диски и шины. Это тепло не может самопроизвольно собраться и снова разогнать автомобиль.

4. Расширение газа в пустоту (расширение Джоуля): Газ, находящийся в одной части сосуда, при удалении перегородки самопроизвольно расширяется и заполняет весь сосуд. Обратный процесс, когда газ сам по себе собирается в одной части сосуда, невозможен.

5. Неупругое соударение: Столкновение тел, при котором часть их механической энергии переходит во внутреннюю. Например, падение куска пластилина на пол. Кинетическая энергия пластилина превращается в тепло и энергию деформации; он не подпрыгнет обратно на исходную высоту.

Ответ: Примерами необратимых процессов являются: теплообмен между телами с разной температурой, диффузия, работа сил трения, расширение газа в вакуум, неупругие соударения, горение.