Номер 5, страница 94 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

5. Приведите формулировки второго закона термодинамики.

Второй закон термодинамики является фундаментальным законом природы, который, в отличие от первого закона (закона сохранения энергии), указывает на направление протекания самопроизвольных процессов в природе и накладывает на них ограничения. Существует несколько исторически сложившихся и эквивалентных друг другу формулировок.

Формулировка Рудольфа Клаузиуса (1850 г.)

Данная формулировка касается направления передачи теплоты:

«Невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача тепла от менее нагретого тела к более нагретому».

Это означает, что теплота не может самопроизвольно переходить от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой. Для осуществления такого процесса, как это происходит, например, в холодильных машинах или тепловых насосах, необходимо совершить работу.

Ответ: Теплота не может самопроизвольно переходить от холодного тела к горячему.

Формулировка Уильяма Томсона (лорда Кельвина) и Макса Планка

Эта формулировка касается преобразования теплоты в работу:

«Невозможен круговой процесс (цикл), единственным результатом которого было бы производство механической работы за счёт охлаждения одного теплового резервуара».

Эта формулировка постулирует невозможность создания «вечного двигателя второго рода» — гипотетического устройства, которое бы циклически работало, полностью превращая в полезную работу всю теплоту, полученную от единственного источника (нагревателя), без передачи части этой теплоты более холодному телу (холодильнику).

Ответ: Невозможно создать вечный двигатель второго рода, который бы полностью преобразовывал теплоту одного источника в работу.

Формулировка через энтропию (статистическая формулировка Людвига Больцмана)

Эта формулировка вводит одну из важнейших термодинамических величин — энтропию ($S$), которая является мерой неупорядоченности (хаоса) системы. Закон формулируется следующим образом:

«В изолированной (замкнутой) термодинамической системе энтропия никогда не уменьшается».

Для любого процесса в изолированной системе изменение энтропии $ \Delta S $ всегда больше или равно нулю:

$ \Delta S \ge 0 $

Равенство достигается для идеализированных обратимых процессов, а неравенство — для всех реальных необратимых процессов. Таким образом, все самопроизвольные процессы в изолированных системах протекают в направлении увеличения энтропии, то есть система стремится к наиболее вероятному, равновесному состоянию.

Ответ: В изолированных системах энтропия не убывает, а стремится к своему максимальному значению.