рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Лекция №18.

Лекция №18. - Лекция, раздел Физика, Курс лекций по дисциплине «Физика» Тема: “Основы Термодинамики”. Вопросы : 1)Энтропия, Ее Стат...

Тема: “Основы термодинамики”.

Вопросы :

1)Энтропия, ее статистическое толкование и связь с термодинамической вероятностью.

2) Второе начало термодинамики.

 

1.Энтропия, ее статистическое толкование и связь с термодинамической вероятностью.

 

Понятие энтропии введено в 1865г. Р. Клаузиусом. Для выяснения физического содержания этого понятия рассматривают отношение теплоты , полученной телом в изотермическом процессе, к температуре Т теплоотдающего тела, называемое приве­денным количеством теплоты.

Приведенное количество теплоты, сообщаемое телу на бесконечно малом участке процесса, равно . Строгий теоретический анализ показывает, что приведенное количество теплоты, сообщаемое телу в любом обратимом круговом процессе, равно нулю:

(1)

Из равенства нулю интеграла (1), взятого по замкнутому контуру, следует, что подынтегральное выражение есть полный дифференциал некоторой функции, которая определяется только состоянием системы и не зависит от пути, каким система пришла в это состояние. Таким образом,

(2)

Функция состояния, дифференциалом которой является , называется энтропией и обозначается .

Из формулы (1) следует, что для обратимых процессов изменение энтропии

(3)

В термодинамике доказывается, что энтропия системы, совершающей необратимый цикл, возрастает:

(4)

Выражения (3) и (4) относятся только к замкнутым системам, если же система обменивается теплотой с внешней средой, то ее энтропия может вести себя любым образом. Соотношения (3) и (4) можно представить в виде неравенства Клаузиуса

(5)

т.е. энтропия замкнутой системы может либо возрастать (в случае необратимых процессов), либо оставаться постоянной (в случае обратимых процессов).

Если система совершает равновесный переход из состояния 1 в состояние 2, то, согласно (2), изменение энтропии:

(6)

где подынтегральное выражение и пределы интегрирования определяются через величины, характеризующие исследуемый процесс. Формула (6) определяет энтропию лишь с точностью до аддитивной постоянной. Физический смысл имеет не сама энтропия, а разность энтропий.

Исходя из выражения (6), найдем изменение энтропии в процессах идеального газа. Так как

то

или

(7)

т.е. изменение энтропии идеального газа при переходе его из состояния 1 в со­стояние 2 не зависит от вида процесса перехода .

Так как для адиабатического процесса , то и, следовательно, , т.е. адиабатический обратимый процесс протекает при постоянной энтропии. Поэтому его часто называют изоэнтропийным процессом. Из формулы (7) следует, что при изотермическом процессе ()

при изохорном процессе

Энтропия обладает свойством аддитивности: энтропия системы равна сумме энт­ропии тел, входящих в систему. Свойством аддитивности обладают также внутренняя энергия, масса, объем (температура и давление таким свойством не обладают).

Более глубокий смысл энтропии вскрывается в статистической физике: энтропия связывается с термодинамической вероятностью состояния системы. Термодинамичес­кая вероятность состояния системы — это число способов, которыми может быть реализовано данное состояние макроскопической системы, или число микросостояний, осуществляющих данное макросостояние (по определению, , т.е. термодинамическая вероятность не есть вероятность в математическом смысле (последняя )).

Согласно Больцману (1872), энтропия системы и термодинамическая вероятность связаны между собой следующим образом:

(8)

где — постоянная Больцмана. Таким образом, энтропия определяется логарифмом числа микросостояний, с помощью которых может быть реализовано данное мак­росостояние. Следовательно, энтропия может рассматриваться как мера вероятности состояния термодинамической системы. Формула Больцмана (8) позволяет дать энтропии следующее статистическое толкование: энтропия является мерой неупорядо­ченности системы. В самом деле, чем больше число микросостояний, реализующих данное макросостояние, тем больше энтропия. В состоянии равновесия — наиболее вероятного состояния системы — число микросостояний максимально, при этом мак­симальна и энтропия.

Так как реальные процессы необратимы, то можно утверждать, что все процессы в замкнутой системе ведут к увеличению ее энтропии — принцип возрастания энтропии. При статистическом толковании энтропии это означает, что процессы в замкнутой системе идут в направлении увеличения числа микросостояний, иными словами, от менее вероятных состояний к более вероятным, до тех пор пока вероятность состояния не станет максимальной.

Сопоставляя выражения (5) и (8), видим, что энтропия и термодинамическая вероятность состояний замкнутой системы могут либо возрастать (в случае необратимых процессов), либо оставаться постоянными (в случае обратимых процес­сов).

Отметим, однако, что эти утверждения имеют место для систем, состоящих из очень большого числа частиц, но могут нарушаться в системах с малым числом частиц. Для «малых» систем могут наблюдаться флуктуации, т.е. энтропия и термодинами­ческая вероятность состояний замкнутой системы на определенном отрезке времени могут убывать, а не возрастать, или оставаться постоянными.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Курс лекций по дисциплине «Физика»

Воронежский институт высоких технологий.. факультет заочного обучения.. курс лекций по дисциплине физика для студентов заочной ускоренной формы..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Лекция №18.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

КУРС ЛЕКЦИЙ
  по дисциплине «Физика» для студентов заочной (ускоренной) формы обучения   Лекция №1 Тема: «Введение» Вопросы: 1)Ф

Современная экспериментальная физика
Еще в начале XX века такие открытия как открытие Резерфордом атомного ядра можно было делать с помощью сравнительно простой аппаратуры. Но в дальнейшем эксперимент стал быстро усложняться и экспери

Лекция №2
Тема:«Кинематика материальной точки.» Вопросы: 1) Материальная точка. 2) Система отсчета. 3)Путь. Перемещение. Вычисление пройденного пути.

Скорость.
Для характеристики движения материальной точки вводится векторная величина – скорость, которая определяется как быстрота движения, так и его направление в данный моме

Ускорение.
При любом движении точки, кроме равномерного прямолинейного движения, скорость точки изменяется. Для характеристики быстроты изменения скорости

Лекция №3.
Тема: «Кинематика твердого тела.» Вопросы: 1)Абсолютно твердое тело. 2)Поступательное и вращательное движение твердого тела. 3)Вращение вокруг неподвижной оси.

Второй закон Ньютона.
Второй закон Ньютона - основнойзакон динамики поступательного движения- отвечает на вопросы, как изменяется механическое движение материальной точки (тела) под действием приложенных к ней си

Закон сохранения механической энергии. Абсолютно упругий удар.
  1. Механическая система называется консервативной, если все действующие на нее внешние и внутренние непотенциальные силы не совершают работы (δАнис ≡ 0), а все

Сложение взаимно перпендикулярных колебаний.
Рассмотрим результат сложения двух гармонических колебаний одинаковой частоты , происходящих во взаимно перпендикулярных направлениях вдоль

Первое начало термодинамики.
Рассмотрим термодинамическую систему, для которой механическая энергия не изменяется , а изменяется лишь её внутренняя энергия . Внутренняя энергия системы может изменяться в результате различных п

Работа газа при изменении его объёма.
  Для рассмотрения конкретных процессов найдём в общем виде внешнюю работу, совершаемую газом при изменении его объёма. Рассмотрим, например, газ, находящийся под поршнем в цилиндриче

Теплоёмкость.
Удельная теплоёмкость вещества - величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг вещества на 1К :

Применение первого начала термодинамики к изопроцессам.
  Среди равновесных процессов, происходящих с термодинамическими системами, выде­ляются изопроцессам, при которых один из основных параметров состояния сохраняется постоянным.

Круговой процесс (цикл). Обратимы и необратимые процессы.
  Круговым процессом (или циклом) называется процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное. На диаграмме процессов цикл изоб­ражается замкнутой кри

Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его к.п.д. для идеального газа.
  Из формулировки второго начала термодинамики по Кельвину следует, что вечный двигатель второго рода — периодически действующий двигатель, совершающий рабо­ту за счет охлаждения одно

Второе начало термодинамики
  Первое начало термодинамики, выражая закон сохранения и превращения энергии, не позволяет установить направление протекания термодинамических процессов. Кроме того, можно представит

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги