Ентропія як функція стану системи

Головна | Про нас | Зворотній зв'язок

Природність хаотичного руху м-л призводить до того, що теплоту можна повністю перетворити в роботу. А роботу можна повністю перетворити в теплоту - це принципова відмінність теплоти від роботи. A = Q * (T1-T2) / T1. - Це принцип Карно (тобто обмежує перехід тепла в роботу).

Ентропія показує в якому напрямку відбувається переміщення Е в ізольованих системах.

Ентропія - міра незворотного розсіювання Е, міру невпорядкованості.

S1 - S2> 0 - незворотний процес

S1 - S2 = 0 - оборотний пр-с, сост. рівноваги.

У закритих системах (що це див. Питання 5) S = 0 або S> 0.

Поняття S носить статистичний характер.

Ентропія S в ТД має троякий сенс:

1) Теплова ємність системи.

2) ТД функція сост. системи, яв-ся мірою її невпорядкованості.

3) Міра ймовірності системи, має статистичний характер (Больцман).

S = k * lgW, це рівняння Больцмана, k-константа Больцмана, W - ТД ймовірність.

ТД ймовірність (W) - це к-ть микросостояний, можливих в межах даного макросостоянія; показує скількома способами м.б. досягнуто ту чи іншу сотояние системи. Все мікрос. що визначають ТД ймовірність мають однакову матем. ймовірність. Матем. ймовірність - це середнє значення частоти появи події при масових випробуваннях.

Будь-яка сист. прагнучи до сост. ТД рівноваги з Smax. займає найбільш ймовірне сотояние і min вільну Е. Вільна Е (F) - частина Е, кіт. повністю переходить в роботу.

В ізольованих системах незворотні ТД пр-си протікають в напрямку ↑ ентропії. S повністю оборотних ТД пр-сов зберігає постійне значення.

Другий закон ТД: в ізольованій системі мимовільно протікають тільки такі процеси, які ведуть до збільшення невпорядкованості системи, тобто до зростання ентропії.

Або: існує функція стану S - ентропія, яка в такий спосіб пов'язана з теплотою, що надходить в систему, і температурою системи:

1. dS> (dQ / T) - для мимовільних, незворотних процесів;

2. dS = (dQ / T) - для оборотних (рівноважних) процесів;

3. dS <(dQ/T) – для несамопроизвольных процессов.

В ізольованій системі (dQ = 0) зміна ентропії служить критерієм напрямки процесу, т. Е. Є критерієм оборотності і незворотності процесів: якщо в процесі dS> 0, то він самопроізволен, незворотній, а якщо dS = 0, то він рівноважний, оборотний . Ентропія ізольованої системи або збільшується, або залишається постійною, і в стані рівноваги ентропія максимальна.

У неізольованою системі для оцінки незворотності процесу необхідно мати величину dS системи і величину dS навколишнього середовища.

Рівняння другого закону ТД. Поняття вільної та зв'язаної енергії.

(Сюди ж см. Питання 11, 12, 13, 14, бо хз)

- обмежує перехід якої-небудь Е в роботу або в інший тип енергії. Ні який тип Е не може перейти в роботу з ККД - 100%.

1) неможливо перевести тепло від більш холодної системи до більш гарячої без відповідних змін до цих системах і в окр. середовищі, тобто не можна закип'ятити стакан з водою в холодильнику.

2) Мимовільно можуть протікати лише ті процеси, які пов'язані з переносом Е від вищого рівня до нижчого, тобто по градієнту.

3) Неможливо зробити роботу проти градієнта без відповідних змін.

Вільна Е (F) - частина Е, кіт. повністю переходить в роботу. Енергія: 1) вища (механічні, хімічні, електричні.); 2) теплова або деградированная.

F = UTS - це вільна енергія Гельмгольца.

dF = dU - TdS - це запис 2 закону ТД ч / з вільну Е Гельмгольца.

А про пов'язану енергію - це напевно про ентропію (див. Питання 12)

Пов'язана енергія - та частина внутрішньої енергії, яка не може бути перетворена в роботу Випливає з 2-го початку ТД необхідність відмінності. кільк. і кач.хар-ку Е знайшла відображення в прийнятому ВТД розподілі Е на своб. і зв. (Відповід-но придатну і непридатну до вчинення в визна. Умовах зовн. Роботи). Такий поділ стало можливим після введення Р. Клаузиусом засадничо. для ТД поняття ентропії S. Відповідно до її змістом Г.Гельмгольц назвав твір абсолютної температури Т і ентропії S «пов'язаної енергією», а іншу частину F = U - TS - «вільної енергією». Слідом за цим Дж. Гіббс ввів поняття «вільної ентальпії» G як різниці між ентальпії системи H = U + pV і пов'язаної енергією TS. Нескладно показати, що в умовах сталості температури T і обсягу V системи спад вільної енергії Гельмгольца визначає макс. хутро. роботу (раб. розширення), яку може зробити сі-ма при оборотному хар-ре проц.

Тому вільна Е Гельмгольца і Гіббса називають відповідно ізохорно - тент. і ізобарно - тент. потенціалом. Однак поняття «вільної Е» (Гельмгольца і Гіббса) зовсім не характериз. «Запас» превратімой Е в сі-ме, оскільки як соверш.не тільки за рахунок Е самої системи, але і за рахунок Е окруж. середовища в проц. теплообміну з нею. Більше того, зв. Е (TS), строго кажучи, не можна вважати частиною внутр. Е (U) або ентальпії H, оскільки для більшості випадків TS по своїй величині виявляється більше них самих.