Второй закон термодинамики и направление процесса. Энтропия и термодинамическая вероятность
Изучение критериев необратимости термодинамических процессов. Второй закон термодинамики для изолированных систем. Неравенство Клаузиуса для циклических процессов. Свойства частных производных энтропии. Нагревание или охлаждение при постоянном давлении.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.09.2013 |
| Размер файла | 21,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
1
Размещено на http://www.allbest.ru/
Второй закон термодинамики и направление процесса. Энтропия и термодинамическая вероятность
Второй закон термодинамики устанавливает критерии необратимости термодинамических процессов. Известно много формулировок второго закона, которые эквивалентны друг другу. Мы приведем здесь только одну формулировку, связанную с энтропией.
Существует функция состояния - энтропия S, которая обладает следующим свойством:
термодинамика циклический энтропия
(5,1)
где знак равенства относится к обратимым процессам, а знак больше - к необратимым.
Для изолированных систем второй закон утверждает: dS > 0, (5,2) т.е. энтропия изолированных систем в необратимых процессах может только возрастать, а в состоянии термодинамического равновесия она достигает максимума (dS=0, d 2S < 0).
Неравенство (4.1) называют неравенством Клаузиуса. Поскольку энтропия - функция состояния, ее изменение в любом циклическом процессе равно 0, поэтому для циклических процессов неравенство Клаузиуса имеет вид:
, (5,3)
где знак равенства ставится, если весь цикл полностью обратим.
Энтропию можно определить с помощью двух эквивалентных подходов - статистического и термодинамического. Статистическое определение основано на идее о том, что необратимые процессы в термодинамике вызваны переходом в более вероятное состояние, поэтому энтропию можно связать с вероятностью:
S = k lnW, (5,4)
где k = 1,38 1023 Дж/К - постоянная Больцмана (k = R / NA),
W - так называемая термодинамическая вероятность, т.е. число микросостояний, которые соответствуют данному макросостоянию системы.
Формулу (5,4) называют формулой Больцмана.
Термодинамическое определение энтропии основано на рассмотрении обратимых процессов:
(5,6)
Это определение позволяет представить элементарную теплоту в такой же форме, как и различные виды работы:
(5,7)
где температура играет роль обобщенной силы, а энтропия - обобщенной (тепловой) координаты.
Термодинамические расчеты изменения энтропии основаны на определении (5,6) и на свойствах частных производных энтропии по термодинамическим параметрам:
(5,8)
Последние два тождества представляют собой соотношения Максвелла.
1) Нагревание или охлаждение при постоянном давлении.
(5,9)
Если теплоемкость не зависит от температуры в интервале от T1 до T2, то уравнение (5,9) можно проинтегрировать:
(5,10)
Если изменение температуры происходит при постоянном объеме, то в формулах (5,9) и (5,10) Cp надо заменить на CV.
2) Изотермическое расширение или сжатие.
Для изотермического расширения идеального газа (p = nRT / V)
(5,11)
3) Фазовые переходы.
При обратимом фазовом переходе температура остается постоянной, а теплота фазового перехода при постоянном давлении равна Hфп, поэтому изменение энтропии равно:
(5,12)
4) Смешение идеальных газов при постоянных температуре и давлении.
Если n1 молей одного газа, занимающего объем V1, смешиваются с n2 молями другого газа, занимающего объем V2, то общий объем будет равен V1 + V2, причем газы расширяются независимо друг от друга и общее изменение энтропии равно сумме изменений энтропии каждого газа:
(5,13)
где xi - мольная доля i-го газа в полученной газовой смеси.
Изменение энтропии (5,13) всегда положительно, т.к. все ln xi < 0, поэтому идеальные газы всегда смешиваются необратимо.
Если при тех же условиях смешиваются две порции одного и того же газа, то уравнение (5,13) уже неприменимо. Никаких изменений в системе при смешивании не происходит, и S = 0. Тем не менее, формула (5,13) не содержит никаких индивидуальных параметров газов, поэтому, казалось бы, должна быть применима и к смешению одинаковых газов. Это противоречие называют парадоксом Гиббса.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
История развития термодинамики. Свойства термодинамических систем, виды процессов. Первый закон термодинамики, коэффициент полезного действия. Содержание второго закона термодинамики. Сущность понятия "энтропия". Особенности принципа возрастания энтропии.
реферат [21,5 K], добавлен 26.02.2012История развития термодинамики, ее законы. Свойства термодинамических систем, виды основных процессов. Характеристика первого и второго законов термодинамики. Примеры изменения энтропии в системах, принцип ее возрастания. Энтропия как стрела времени.
реферат [42,1 K], добавлен 25.02.2012Использование энергии топлива в работе различных машин, аппаратов, энергетических и технологических установок. Определения термодинамики: второй закон, энтропия, расчет ее изменения. Абсолютная энтропия, постулат Планка; необратимость тепловых процессов.
курсовая работа [520,7 K], добавлен 08.01.2012Основные понятия. Температура. Первый закон термодинамики. Термохимия. Второй закон термодинамики. Равновесие в однокомпонентных гетерогенных системах. Термодинамические свойства многокомпонентных систем. Растворы. Химический потенциал.
лекция [202,7 K], добавлен 03.12.2003Термодинамика - раздел физики об общих свойствах макроскопических систем с позиций термодинамических законов. Три закона (начала) термодинамики в ее основе. Теплоемкость газа, круговые циклы, энтропия, цикл Карно. Основные формулы термодинамики.
реферат [1,7 M], добавлен 01.11.2013Направления термодинамических процессов. Состояние системы, детально охарактеризованное на уровне каждой частицы. Сущность эргодической гипотезы. Термодинамическое определении энтропии. Теорема Нернста или третье начало термодинамики. Тепловая машина.
презентация [1,7 M], добавлен 23.10.2013Коэффициент полезного действия тепловой машины. Цикл Карно идеального газа. Цикл Отто, Дизеля и Тринкеля. Второе начало термодинамики. Энтропия обратимых и необратимых процессов. Термодинамическая вероятность состояния. Тепловая смерть Вселенной.
презентация [111,6 K], добавлен 29.09.2013Теоретические аспекты энтропии, энергии и энергетики, разновидности энергетики и энтропии. Роль в физических процессах и науке. Особенности термодинамики неравновесных процессов. Вклад И. Пригожина в развитие термодинамики, значение для современной науки.
курсовая работа [109,3 K], добавлен 12.01.2010Первое начало термодинамики. Однозначность внутренней энергии как функции термодинамического состояния. Понятие энтропии. Второе начало термодинамики для равновесных систем. Третье начало термодинамики.
лекция [197,4 K], добавлен 26.06.2007Второй закон термодинамики: если в системе нет равновесия, процессы протекают в направлении, при котором система приблизится к равновесию. Превращение работы в теплоту. Два источника теплоты – с высокой температурой и с низкой. Сжатие газа в компрессорах.
реферат [143,4 K], добавлен 25.01.2009Фазовое пространство и фазовая плотность вероятности. Первое начало термодинамики с точки зрения статистической физики. Статистическое определение энтропии. Статистическое обоснование третьего начала термодинамики. Теорема о равнораспределении.
контрольная работа [228,5 K], добавлен 06.02.2016Исторические аспекты термодинамики, ее основные понятия. Закон состояния (закон постоянства субстанции). Закон связи причины и действия. Закон взаимодействия. Современные проблемы термодинамики. Синергетика Хакена. Разбегание галактик, открытое Хабблом.
курсовая работа [70,2 K], добавлен 27.02.2013Понятие открытых систем. Основные отклонения термодинамических параметров от их равновесных значений. Термодинамика открытых систем и подход к живым системам. Термодинамика неравновесных процессов. Приращение энтропии системы в единицу времени.
реферат [20,1 K], добавлен 24.01.2012Передача энергии от одного тела к другому. Внутренняя энергия и механическая работа. Первое начало термодинамики. Формулировки второго закона термодинамики. Определение энтропии. Теоремы Карно и круговые циклы. Процессы, происходящие во Вселенной.
реферат [136,5 K], добавлен 23.01.2012Изучение истории формирования термодинамики как научной дисциплины на основе молекулярно-кинетической теории. Ознакомление с содержанием теоремы сохранения, превращения энергии (Гельмгольц, Майер, Джоуль) и законом возрастания энтропии (Клаузиус, Томсон).
контрольная работа [44,4 K], добавлен 03.05.2010Изучение поведения энтропии в процессах изменения агрегатного состояния. Анализ её изменения в обратимых и необратимых процессах. Свободная и связанная энергии. Исследование статистического смысла энтропии. Энергетическая потеря в изолированной системе.
презентация [1,6 M], добавлен 13.02.2016Понятие научной картины мира. Фундаментальные основы новой картины мира: теория относительности; квантовая механика. Энтропия в современной картине мира. Термодинамическая, статистическая и информационная энтропия. Взаимосвязь энтропии и необратимости.
реферат [24,9 K], добавлен 03.06.2010Первый закон термодинамики. Изотермический, изобарический, изохорический и адиабатический процессы. Первое начало термодинамики. Электролиты. Причины диссоциации. Факторы, влияющие на степень диссоциации. Электропроводность стекла при нагревании.
реферат [1,1 M], добавлен 11.02.2009Формулирование закона увеличения энтропии Клаузиусом. Энтропия как мера беспорядка, а ее увеличение - движение к хаосу. Сомнения в истинности закона в настоящее время и сущность нулевой энтропии. Жизнь и цивилизация - способы передачи энтропии в системе.
доклад [7,3 K], добавлен 19.02.2009Фундаментальные законы термодинамики. Понятие термодинамической системы и рабочего тела, их термодинамические параметры. Идеальный газ и уравнение его состояния. Формулы и взаимосвязь удельной и молярной теплоемкости, изобарного и изохорного процессов.
реферат [15,0 K], добавлен 22.01.2012
