Изменение энтропии в различных процессах. Абсолютная энтропия. Постулат Планка
Термодинамические расчеты изменения энтропии. Использование соотношения Максвелла для решения уравнения состояния системы. Изотермическое расширение идеального газа. Теплота фазового перехода при постоянном давлении. Значения абсолютной энтропии веществ.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.09.2013 |
| Размер файла | 33,4 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.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Изменение энтропии в различных процессах. Абсолютная энтропия. Постулат Планка
Термодинамические расчеты изменения энтропии основаны на выражении и на свойствах частных производных энтропии по термодинамическим параметрам:
энтропия изотермический давление теплота
(6.1)
Последние два тождества представляют собой соотношения Максвелла.
1) Нагревание или охлаждение при постоянном давлении.
Количество теплоты, необходимое для изменения температуры системы, выражают с помощью теплоемкости:
Qобр = Cp dT. (6.2)
Если теплоемкость не зависит от температуры в интервале от T1 до T2, то уравнение (4.8) можно проинтегрировать:
(6.3)
Если изменение температуры происходит при постоянном объеме, то в формулах (6.2) и (6.3) Cp надо заменить на CV.
2) Изотермическое расширение или сжатие.
Для расчета энтропии в этом случае надо знать уравнение состояния системы. Расчет основан на использовании соотношения Максвелла:
(6.4)
В частности, для изотермического расширения идеального газа (p = nRT / V)
(6.5)
Этот же результат можно получить, если использовать выражение для теплоты изотермического обратимого расширения идеального газа:
Qобр = nRT ln(V2/V1).
3) Фазовые переходы.
При обратимом фазовом переходе температура остается постоянной, а теплота фазового перехода при постоянном давлении равна Hфп, поэтому изменение энтропии равно:
(6.6)
При плавлении и кипении теплота поглощается, поэтому энтропия в этих процессах возрастает: Sтв < Sж < Sг. При этом энтропия окружающей среды уменьшается на величину Sф.п., поэтому изменение энтропии Вселенной равно 0, как и полагается для обратимого процесса в изолированной системе.
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:
(6.7)
где xi - мольная доля i-го газа в полученной газовой смеси. Изменение энтропии 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 (6.7) уже неприменимо. Никаких изменений в системе при смешивании не происходит, и S = 0. Тем не менее, формула (6.7) не содержит никаких индивидуальных параметров газов, поэтому, казалось бы, должна быть применима и к смешению одинаковых газов. Это противоречие называют парадоксом Гиббса.
Абсолютная энтропия
В отличие от многих других термодинамических функций, энтропия имеет точку отсчета, которая задается постулатом Планка (третьим законом термодинамики):
При абсолютном нуле T = 0 К все идеальные кристаллы имеют одинаковую энтропию, равную нулю.
При стремлении температуры к абсолютному нулю не только энтропия стремится к 0, но и ее производные по всем термодинамическим параметрам:
(6,8)
(x = p, V). (4.15)
Это означает, что вблизи абсолютного нуля все термодинамические процессы протекают без изменения энтропии. Это утверждение называют тепловой теоремой Нернста.
Постулат Планка позволяет ввести понятие абсолютной энтропии вещества, т.е. энтропии, отсчитанной от нулевого значения при T = 0. Для расчета абсолютной энтропии веществ в стандартном состоянии надо знать зависимости теплоемкости Cp от температуры для каждой из фаз, а также температуры и энтальпии фазовых переходов. Так, например, абсолютная энтропия газообразного вещества в стандартном состоянии при температуре T складывается из следующих составляющих:
(6,9)
В термодинамических таблицах обычно приводят значения абсолютной энтропии в стандартном состоянии при температуре 298 К. Это энтропия 1 моль вещества при стандартных условиях, она всегда положительна, размерность Дж/мольК.
Значения абсолютной энтропии веществ используют для расчета изменения энтропии в химических реакциях:
(6.10)
Для реакции аА + bB + … cC + dD уравнение (6,10) имеет вид:
Sр-ции = [cS298(C) + dS298(D) + …] [aS298(A) + bS298(D) + … ]
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Изучение 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 13.02.2016Формулирование 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 19.02.2009Определение параметров рабочего тела методом последовательных приближений. Значения теплоемкостей, показатели адиабаты и газовой постоянной. Изменение в процессах внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Термический коэффициент полезного действия.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 03.05.2011История 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 25.02.2012Определение основных параметров состояния рабочего тела в характерных точках цикла. Вычисление удельной работы расширения и сжатия, количества подведенной и отведенной теплоты. Изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессах цикла.
курсовая работа [134,6 K], добавлен 20.10.2014Использование 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 08.01.2012- Термодинамические процессы. Определение работы и теплоты через термодинамические параметры состояния
Взаимосвязь между количеством теплоты, внутренней энергией и работой; методы исследования основных термодинамических процессов, установление зависимости между основными параметрами состояния рабочего тела в ходе процесса; изменения энтальпии, энтропии.
реферат [215,5 K], добавлен 23.01.2012 Направления 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 23.10.2013История 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 26.02.2012Теоретические 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 12.01.2010Определение состава газовой смеси в массовых и объемных долях; ее плотности и удельного объема, процессных теплоемкостей и показателя адиабаты. Изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессах, составляющих цикл. Термический КПД цикла Карно.
контрольная работа [38,9 K], добавлен 14.01.2014Задача на определение ускорения свободного падения. Расчет начальной угловой скорости торможения вентилятора. Кинетическая энергия точки в момент времени. Молярная масса смеси. Средняя арифметическая скорость молекул газа. Изменение энтропии газа.
контрольная работа [468,3 K], добавлен 02.10.2012Расчёт оптимального значения степени повышения давления в компрессоре газотурбинного двигателя. Изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессах цикла, параметров состояния рабочего тела в промежуточных точках процессов сжатия и расширения.
курсовая работа [278,4 K], добавлен 19.04.2015Исследование изобарных, изохорных, изотермических и адиабатных процессов. Определение показателя политропы для заданного газа, изменения энтропии, начальных и конечных параметров рабочего тела. Изучение цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания.
контрольная работа [347,5 K], добавлен 12.02.2012Принципиальная схема двигателя внутреннего сгорания и его характеристика. Определение изменения в процессах цикла внутренней энергии и энтропии, подведенной и отведенной теплоты, полезной работы. Расчет термического коэффициента полезного действия цикла.
курсовая работа [209,1 K], добавлен 01.10.2012Определение показателя политропы, начальных и конечных параметров, изменения энтропии для данного газа. Расчет параметров рабочего тела в характерных точках идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорно-изобарным подводом теплоты.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 03.12.2011Уравнение состояния идеального газа, закон Бойля-Мариотта. Изотерма - график уравнения изотермического процесса. Изохорный процесс и его графики. Отношение объема газа к его температуре при постоянном давлении. Уравнение и графики изобарного процесса.
презентация [227,0 K], добавлен 18.05.2011Зависимость от температуры величины теплового эффекта и изменения энтропии. Термодинамический анализ реакций. Оценка среднего значения теплового эффекта в интервале температур. Расчет количества фаз, независимых компонентов и числа степеней свободы.
контрольная работа [544,2 K], добавлен 02.02.2012Понятие 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 03.06.2010Виды теплоемкости и соотношение между теплоёмкостями при постоянном давлении и постоянном объеме. Расчет численного значения адиабаты в уравнении Пуассона для одноатомного и многоатомного газов. Теплоемкость в изотермическом и адиабатном процессах.
методичка [72,7 K], добавлен 05.06.2011
