Теплота. 
Свойства теплоты как формы обмена энергией

Количество теплоты dq в элементарном равновесном термодинамическом процессе определяется произведением термодинамической температуры Т на бесконечно малое изменение энтропии ds (3.17). Алгебраический знак количества теплоты совпадает при этом со знаком изменения энтропии: при подводе теплоты к системе (dq > 0) ее энтропия увеличивается (ds > 0), при отводе теплоты (dq < 0) энтропия уменьшается (ds < 0).

В произвольном термодинамическом процессе температура в общем случае изменяется как под влиянием теплообмена, так и под влиянием обмена работой. Поэтому для вычисления полной теплоты необходимо произвести интегрирование выражения (3.17) от начального 1 до конечного 2 состояния системы.

Чтобы проинтегрировать уравнение (3.18), необходимо знать функциональную связь температуры с энтропией — T=J (S).

Графическое изображение этого уравнения называется энтропийной sT-диаграммой процесса (рис. 3.6,а). Площадь заштрихованной полоски на энтропийной диаграмме процесса 1−2 определяется произведением Tds и поэтому представляет собой бесконечно малое количество теплоты dq на элементарном участке процесса. Площадь под кривой 1 -2 (линия процесса представляет теплоту процесса 1 -2, т. е. полное количество теплоты, передаваемое между системой и окружающей средой в процессе 1−2. В связи с.

Рис. 3.6. Энтропийная sT- диаграмма: а — процесса; б — цикла этим энтропийную яГ-диаграмму часто называют тепловой диаграммой процесса.

Переход системы из начального состояния 1 в конечное 2 может происходить в различных термодинамических процессах, с различными законами изменения температуры в ходе процесса. Это дает различные формы кривых T=T{s) на энтропийной диаграмме и говорит о том, что количество теплоты произвольного процесса 1 -2 не может быть вычислено по начальному 1 и конечному 2 состояниям системы, так как количество теплоты не является функцией состояния системы, а зависит от характера термодинамического процесса. Следовательно, элементарное количество теплоты dq не может быть получено элементарным дифференцированием какой-либо функции состояния и поэтому не обладает свойствами полного дифференциала.

Интегрирование выражения (3.15) по замкнутому контуру (рис. 3.6,б) в общем случае не дает нулевого результата: j>dq = j>Tds = * 0, т. е.

площадь внутри замкнутой кривой, полученная с учетом алгебраических знаков площадей под отдельными участками кругового процесса (плюс для подвода теплоты при Л>0и минус для отвода теплоты при ds < 0), не равна нулю и дает теплоту цикла q₄.

Между свойствами теплоты и работы как двух количеств, выражающих различные формы обмена энергией, имеется большое сходство. Это обусловлено тем, что обе величины выражают лишь различные стороны общего свойства материи (энергии), проявляющегося при обмене движением в различных его формах. Однако между теплотой и работой имеется и принципиальное различие, вызванное различием между направленным и хаотическим движениями материи. Это различие проявляется в неравновесных процессах и составляет содержание второго закона термодинамики.