Реферат Курсовая Конспект
Второй закон термодинамики. Энтропия - раздел Химия, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Энтропия, Обозначаемая Буквой S - Экстенсивное Свойство Системы, Была Введена...
|
Энтропия, обозначаемая буквой S - экстенсивное свойство системы, была введена Клаузиусом, при анализе материала по тепловым двигателям, первоначально в виде так называемой "приведенной теплоты" − то есть математически :
, (1.14)
где Q - количество тепла, которым обменивается система с окружающей средой при совершении обратимого процесса.
Исходя из этой формулы, легко видеть размерность энтропии: [ Дж/К ], а если мы рассматриваем мольную величину, то [ Дж/(моль К) ]. Повторим, что значит экстенсивная величина. Это значит, что энтропия всей системы может быть найдена суммированием значений энтропий всех составных частей системы:
. (1.15)
Клаузиусом было доказано, что несмотря на то, что теплота зависит от пути процесса, величина отношения теплоты к абсолютной температуре, не зависит от пути процесса, то есть является функцией состояния. Эта функция состояния была названия энтропией. Бесконечно малое изменение энтропии является полным дифференциалом . Конечное же изменение энтропии в результате какого-то процесса может быть найдено, как
. (1.16)
Совмещая выражение (3.3 ) с определительным для энтропии выражением, записанным для бесконечно малых величин
. (1.17)
Запишем общую формулу для расчета изменения энтропии в ходе процесса:
. (1.18)
Формулы (1.16), (1.17), (1.18) − основные формулы для расчета энтропии. Раскрыв смысл в каждом конкретном случае можно рассчитать и .
Формула (1.18) в то же время является математическим выражением классической формулировки второго закона термодинамики, который гласит, что для всех обратимых изменений в закрытой системе с однородной температурой справедливо соотношение
.
Для всех необратимых изменений в закрытой системе величина приращения энтропии будет больше, чем изменение приведенной теплоты, то есть
(1.19)
Эти соотношения можно записать в виде неравенства Клаузиуса, которое связывает изменение энтропии с количеством теплоты , которым система обменивается с окружением при температуре :
. (1.20)
Причем знак равенства имеет место при обратимых, а неравенства – при необратимых процессах.
Источниками необратимых процессов могут быть: диффузия, расширение системы при существовании разности давлений между ней и окружающей средой, теплопередача при разных температурах, самопроизвольные химические реакции в объеме системы и другие диссипативные процессы, связанные с необратимым превращением работы в теплоту. Неравенство (1.20) выполняется независимо от причины возникновения необратимого процесса, в итоге наблюдается выделение внутри системы дополнительного количества теплоты. Р. Клаузиус назвал эту теплоту, вызванную неравновесными процессами, некомпенсированной теплотой (обозначим эту величину ).
Известно, что если процесс осуществляется равновесно и обратимо, то совершаемая работа – максимальна. Если процесс осуществляется необратимо, то работа оказывается меньше, чем в обратимом процессе, часть ее как бы «теряется». В соответствии с первым законом термодинамики «потерянная» работа должна проявиться в другой форме, например, в форме некомпенсированной теплоты, которая всегда неотрицательна: больше нуля в необратимых, равна нулю в обратимых процессах.
(1.21)
При изотермических процессах неравенство (1.20) можно записать в виде равенств:
; (1.22)
, (1.23)
где - изменение энтропии, вызванное равновесным теплообменом с окружающей средой (индекс « e » от лат. external- внешний);
- рост энтропии из-за необратимых процессов внутри системы (индекс « i » от лат. internal – внутренний).
Величину энтропии данной системы нельзя измерить непосредственно на опыте, но ее можно вычислить, пользуясь формулой (1.16)
Эта формула позволяет найти не абсолютную величину энтропии, а разности энтропий в двух состояниях системы, т.е. изменение энтропии при переходе системы из состояния 1 в состояние 2.
Термин "некомпенсированная теплота" не совсем удачен. Теплота это энергия, которой система обменивается с внешним миром и следовательно, которая проходит через поверхность ограничивающую систему от внешнего мира. А та теплота, которую Клаузиус назвал некомпенсированной, возникает вследствие протекания процессов внутри самой системы.
Прежде чем мы запишем современную формулировку второго закона термодинамики, отметим, что этот закон, также как и первый закон постулативный. Он не выведен теоретически, а просто постулирован на основании осмысления огромного экспериментального материала, накопленного за человеческую историю. Правильность его подтверждается соответствием следствий из практики. И пока нет таких экспериментов, которые бы его опровергли. Хотя попыток предпринималось очень много.
Запишем формулировку второго закона термодинамики:
у всякой изолированной системы, находящейся в неравновесном состоянии, энтропия с течением времени возрастает, ее рост продолжается до тех пор, пока система не достигнет равновесного состояния.
Это и есть второй закон термодинамики или как его еще называют закон возрастания энтропии. Математически его можно записать в форме:
где знак неравенства относится к неравновесному состоянию, а знак равенства к равновесному.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... высшего профессионального образования... Тихоокеанский государственный технический университет...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Второй закон термодинамики. Энтропия
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов