Тут закон збереження енергії не порушується, однак, численні спроби побудувати такий двигун закінчувалися невдачею. Пізніше в рамках статистичної фізики з'ясувалося, що створення двигуна другого роду еквівалентно мимовільного переходу невпорядкованою системи в упорядкований стан, і такі процеси практично нездійсненні.
Аналогічно можна показати, що мимовільна передача теплоти від менш нагрітого тіла до більш нагрітого дозволила б по?? Троить вічний двигун другого роду. Існування вічного двигуна другого роду дозволило б мати практично невичерпне джерело енергії, відбираючи, наприклад, теплоту з океанів.
Перший і другий закони термодинаміки можна уявити, як неможливість побудувати вічні двигуни першого і другого роду.
Третій закон термодинаміки: Ентропія рівноважної термодинамічної системи прагне до нуля при нульовій абсолютній температурі
.
Цей закон називають теоремою Нернста. Його можна довести в рамках статистичної фізики.
Використовуючи третій закон термодинаміки, можна записати
.
Зокрема при изобарном процесі та
.
7. Цикл Карно
Розглянемо найпростішу схему роботи теплового двигуна і холодильної установки. Схематично роботу теплового двигуна можна представити у вигляді такої схеми.
Теорема Карно: З усіх періодично діючих теплових машин, що мають температуру нагрівача Т 1 і холодильника Т 2, найбільшим ККД володіють оборотні машини. При заданих Т 1 і Т 2 всі оборотні машини мають один і той же ККД, незалежно від природи робочої речовини.
Розглянемо цикл, що складається з двох ізотерм і двох адіабати (ізоентропа). Цей цикл називають циклом Карно. На S - T діаграмі цей цикл має вигляд
Відзначимо, що на p - V діаграмі графік циклу Карно має інший вигляд.
Тут 1-2 і 3-4 - ізотерми, 2-3 і 1-4 - адіабати. Розглядаючи криву на діаграмі, маємо для елемента площі, тобто площа під кривою являє собою кількість тепла, що отримується або виділяється при заданому процесі. Повна кількість теплоти, що отримується при зміні ентропії від до, визначається інтегралом
.
У циклі Карно кількість тепла, одержуване на першому ізотермі, визначається виразом
.
Аналогічно, на ділянці 3 - 4 виділяється кількість тепла
.
Знайдемо ККД циклу Карно. Зміна ентропії на ділянці 1-2:
.
Відповідно, на ділянці 3-4:
.
Мінус вказує на те, що тепло система віддає.
Повна зміна ентропії в замкнутому оборотному циклі дорівнює нулю, отже
.
Для ККД можна записати
,
тобто ККД для всіх робочих речовин залежить тільки від температур нагрівача і холодильника.
8. Основні формули термодинаміки
1. Перший закон термодинаміки
.
2. Робота, що здійснюється термодинамічної системою
.
3. Теплоємність
.
