FORMULARILE PRINCIPIULUI AL II-LEA AL TERMODINAMICII

FORMULARILE PRINCIPIULUI AL II-LEA AL TERMODINAMICII

Pentru principiul al doilea s-au emis o varietate de formulari care acopera multiplele aspecte calitative ale proceselor termice completandu-se reciproc.

O prima formulare ii apartine lui S.Carnot:

"Nu exista masina termica care sa produca cicluri fara a fi in legatura cu doua surse de caldura: una cu temperatura mai inalta si una cu temperatura mai scazuta".

Experimental s-a dovedit trecerea de la sine, fara interventie straina, a caldurii de pe un corp mai cald pe un corp mai rece; fenomenul fiind ireversibil, trecerea inversa este conditionata de consumul de lucru mecanic.

Imposibilitatea trecerii spontane a caldurii de la un corp mai rece la un corp mai cald i-a permis lui Clausius sa exprime in anul 1850 urmatoarea formulare:

"Caldura nu trece niciodata de la sine de la un corp, la altul cu temperatura mai ridicata".

Din aceasta enuntare rezulta ca transformarea lucrului mecanic in caldura se poate face fara nici o restrictie pe cand transformarea inversa este conditionata de existenta unor corpuri calde si reci. Deci nu exista posibilitatea construirii unei masini termice care sa utilizeze numai o sursa de caldura.

In aceasta idee W. Thompson a enuntat in anul 1851:

"In natura transformarile ciclice ale caror efect consta in producerea de lucru mecanic echivalent cu cantitatea de caldura luata de la o singura sursa de caldura, sunt imposibile".

O astfel de masina ce ar produce lucru mecanic prin absorbire de caldura de la un singur izvor, producand numai racirea acestuia, constituie un perpetuum mobile de genul al doilea, denumire formulata de W Ostwald. Construirea unor asfel de masini, daca ar fi realizabile, ar rezolva pentru intotdeauna problemele energetice ale omenirii.

Ar fi exemplul unei nave actionata de un motor ce ar putea circula pe seama caldurii extrase din apa marii sau, o instalatie de forta care ar produce energie extragand caldura din aerul inconjurator. In aceasta situatie sursele de caldura ar fi practic inepuizabile. De exemplu daca s-ar putea raci numai cu un grad masa Pamantului am obtine o energie de 10¹² ori mai mare decat energia tuturor instalatiilor de forta din lume.

Au fost formulate o serie de idei pentru folosirea acestor surse de energie, dar din cauza unor probleme tehnologice insurmontabile nu pot fi aplicate (de exemplu folosirea unor surse termice diferite: apa oceanului la suprafata si la fund; folosirea diferentelor de temperatura ale Pamantului intre poli si ecuator, etc.).

In baza observatiilor experimentale, M. Planck a aratat ca:

"Toate procesele in care intervine frecarea sunt ireversibile"

sau prin generalizare

"Toate procesele naturale sunt ireversibile".

O alta formulare a principiului al principiului al doilea se deduce din proprietatile ciclului Carnot inversat:

"Este imposibil de a se realiza o transformare ciclica prin care sa se provoace trecerea de caldura de pe un corp rece asupra corpului mai cald, fara ca o anumita cantitate de lucru mecanic sa se transforme in caldura".

Toate aceste formulari conduc la conculzia ca in timp ce lucrul meacanic ca forma de energie ordonata, poate fi transformat integral in energie interna, aceasta se poate transforma numai partial in lucru mecanic sau alta forma de energie ordonata, restul ramanand netransformabila in sistemul dat.

Intrucat in formularea principiului al doilea al termodinamicii notiunea de entropie intervine ca marimea cea mai importanta relatia:

(4.24)

este considerata ca a doua expresie matematica a principiului al doilea.