Номер 2, страница 287 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 87. Второй закон термодинамики. Глава 13. Основы термодинамики - номер 2, страница 287.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Второй закон термодинамики — это фундаментальный физический закон, который устанавливает направление, в котором могут протекать самопроизвольные процессы в природе. В отличие от первого закона (закона сохранения энергии), второй закон является статистическим и указывает на необратимость большинства процессов в макроскопических системах. Существует несколько эквивалентных формулировок этого закона.

Формулировка Клаузиуса (1850 г.)

Эта формулировка касается направления передачи теплоты. В нашей повседневной жизни мы наблюдаем, что тепло самопроизвольно переходит от горячих предметов к холодным, но никогда наоборот. Например, горячий чай остывает, отдавая тепло окружающей среде, а не нагревается, забирая тепло из более холодного воздуха. Формулировка Клаузиуса обобщает этот опыт.

Ответ: Невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача тепла от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой.

Формулировка Кельвина (Томсона) (1851 г.)

Эта формулировка связана с невозможностью создания вечного двигателя второго рода. Вечный двигатель первого рода (нарушающий закон сохранения энергии) невозможен. Вечный двигатель второго рода не нарушает закон сохранения энергии, но он бы мог преобразовывать в работу всю теплоту, полученную от одного теплового резервуара, без передачи части тепла более холодному телу (холодильнику). Формулировка Кельвина утверждает, что такой процесс невозможен.

Ответ: Невозможен круговой процесс (цикл), единственным результатом которого является превращение в механическую работу всего количества теплоты, полученного от одного источника (нагревателя).

Статистическая формулировка (через энтропию)

Это наиболее общая и фундаментальная формулировка, вводящая понятие энтропии ($S$) как меры термодинамической вероятности состояния системы или меры беспорядка. В изолированной системе (которая не обменивается ни энергией, ни веществом с окружающей средой) самопроизвольно могут протекать только те процессы, которые ведут к увеличению беспорядка.

Математически это выражается через изменение энтропии `$\Delta S$`. Для любой изолированной системы при любом процессе изменение энтропии не может быть отрицательным. Равенство нулю достигается только в случае идеализированных, обратимых процессов.

$\Delta S \ge 0$

Ответ: В изолированной системе энтропия не может убывать; она либо возрастает (при необратимых процессах), либо остается постоянной (при обратимых процессах).