История развития науки о процессах и аппаратах

Энтропия. Ряд простых задач теплотехники и холодильной техники решаются с использованием таких параметров, как давление, плотность и темпера-Рис. 30.4. Изображение циктура (для газов) или температура, тепло лов Карно в координатах р—v емкость и масса тела (для твердых и жидких тел). Однако при переходе к задачам, связанным с переходом теплоты в работу и обратно, оказывается, что этих параметров недостаточно. Теплоносители и окружающая среда оказываются связанными еще одним параметром. Он характеризует возможность использования теплоты теплоносителя. Эта возможность словесно формулируется в виде второго начала термодинамики: самопроизвольно теплота может передаваться только от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой.
Эта формулировка второго начала термодинамики может интерпретироваться следующим образом. Не всякая теплота, аккумулированная рабочим телом с более высокой температурой Т, одинаково полезна с точки зрения использования для совершения внешней работы. Если ее количество определяется температурой, теплоемкостью и массой тела, то ее полезность, кроме того, зависит от параметров второго тела, имеющего более низкую температуру 7_Х. В качестве него зачастую выступает окружающая среда. Из параметров второго тела температура имеет решающее значение для получения полезной работы. Разность температур Т и холодильника Т_х, отнесенная к температуре Т, представляет собой термический КПД тепловой машины

Если эта разность температур (Т— Т_х )велика, то теплоту, запасенную рабочим телом, называют высокопотенциальной, и наоборот, если эта разность мала, то теплоту называют низкопотенциальной. Понятие потенциала источника теплоты дублируется более широко используемым понятием «энтропия» S.
Слово «энтропия» происходит от греческого entropia и означает поворот, или превращение. Его ввел немецкий физик Р. Клаузиус (1822—1888), член-корреспондент Петербургской академии наук. Энтропия, так же как и потенциал, не имеет установленного уровня начала отсчета; в расчетах используют только ее приращение

где Δq = c(T— Т_х) — преобразуемая в рассматриваемом процессе разность энтальпий источника теплоты; с —его удельная теплоемкость.
Единицы измерения энтропии соответствуют единицам измерения теплоемкости.
С понятием энтропии тесно связано понятие эксергии как максимальной работы, которая может быть совершена системой при переходе из данного состояния в равновесное с окружающей средой.
Использование энтропии существенно облегчает расчеты и графическое представление процессов. Построение процессов в диаграммах «температура — энтропия Т—s» или «энтальпия — энтропия ϊ—s» оказывается относительно простым и потому широко используется.
Значительные затруднения в понимании трактовки понятия «энтропия» возникают из-за отнесения ее только к одному рабочему телу. Необходимо помнить, что такое отнесение возможно только в предположении «по умолчанию», что параметры тела с более низкой температурой во всех оценках с использованием энтропии остаются постоянными.
Если в каком-либо процессе происходят потери энергии системы Δq, их можно определять приращением энтропии Δs = Δq/T Соответственно в теоретических процессах, в которых потерями энергии пренебрегают, энтропия не изменяется: Δs = 0. Такие процессы называют изоэнтропическими или обратимыми. Все реальные процессы протекают с возрастанием энтропии. В этом смысле они называются необратимыми или протекающими с невосполнимыми потерями.