Первый закон термодинамики устанавливает эквивалентность теплоты и работы как двух форм передачи энергии. Однако этот закон ничего не говорит об условиях преобразования теплоты и работы.
Между тем известно, что преобразование механической работы в теплоту может происходить без каких-либо ограничений и условий, но преобразование теплоты в работу (как показано при рассмотрении круговых процессов) требует специальных условий: наличия горячего и холодного источников теплоты, а также расширения газа. Более того, даже в цикле Карно в работу может быть превращена только часть подведенной теплоты (q1), а другая ее часть (q2) передается холодному источнику.
Это положение выражает сущность второго закона термодинамики.
Второй закон термодинамики имеет несколько формулировок.
1. «Теплота не может переходить от холодного тела к более нагретому сама собой, даровым процессом – без компенсации» (Р. Клаузиус, 1850 г.).
2. «Невозможна периодически действующая тепловая машина, единственным результатом действия которой было бы получение работы за счет отнятия теплоты от некоторого источника» (В. Томсон, 1851 г.).
3. В круговом процессе подводимая теплота (q1) не может быть полностью превращена в работу: часть этой теплоты (q2) отводится в холодный источник.
4. «Осуществление перпетуум мобиле второго рода невозможно» (В. Оствальд) и др.
В последней из приведенных формулировок под перпетуум мобиле второго рода понимают тепловую машину, которая всю полученную теплоту превращала бы в работу.
Контрольные вопросы и задания. 1. Какие машины работают по прямым и какие по обратным циклам? 2. Чем оценивается эффективность машин, работающих по прямым и обратным циклам? 3. Изобразите в rJ- и Ts-диаграммах цикл Карно и напишите формулу его термического КПД. 4. В чем заключается сущность второго закона термодинамики? 5. Приведите основные формулировки второго закона термодинамики.