Замена термодинамической энтропии тепловым зарядом

Исследование различий между термодинамической и статистической энтропией. Характеристика координаты состояния упорядоченной тепловой формы движения. Анализ термического заряда при адиабатических процессах. Подсчет меры работоспособности фигуры хода.

Рубрика Физика и энергетика
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 09.03.2017
Размер файла 17,3 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/

В термодинамике энтропия должна быть заменена тепловым зарядом

1. В чем состоит различие между термодинамической и статистической энтропией

Несмотря на то, что параметр состояния термодинамической системы “энтропия“, введенный в теорию обратимых процессов Р.Клаузиусом в 1865 г. и определяемый уравнением

dS = дQ / T ,

имеет широкое применение во многих научных направлениях, имеются веские основания подробнее рассмотреть аспекты применения этого понятия при рассмотрении тепловой формы движения. Согласно уравнению (1) энтропия в термодинамике имеет единицу Дж К-1.

В свое время введение энтропии устранило недостатки теории теплорода при рассмотрении циклических процессов. Правда, в статье, посвященной современной теории теплопередачи, показано, что основные положения и термины теории теплорода применяются по сей день. По замыслу Р.Клаузиуса введение в термодинамику энтропии должно было придать ей стройность. На самом же деле оно ввергло термодинамику в длительную непрекращающуюся дискуссию.

Л.Больцман придал энтропии S в 1872 г. статистическое содержание, определив ее уравнением

S = kу ,

в котором она пропорциональна безразмерной величине у, отражающей степень упорядоченности движения в макроскопических системах. А определяющим уравнением для у стало уравнение у = lnP, где P - вероятность состояния системы (не путать этот символ с обобщенным дифференциалом системы P). Из сказанного следует, что у - это не физическая величина, а математическая абстракция, имеющая общенаучное статистическое содержание. В таком плане у применяется далеко не только в термодинамике или вообще в физике. Естественно, что величина у ни размерности, ни единицы не имеет.

Для приобщения у к физике Л.Больцман умножил ее на размерный коэффициент k, названный впоследствии М.Планком постоянной Больцмана, имеющей такую же единицу Дж К-1, как и S. Поэтому сейчас при применении энтропии S в термодинамике ее называют термодинамической энтропией. В отличие от этого математическую величину у стали называть статистической энтропией. Всё было бы нормально, если бы прилагательное перед словом энтропия чаще всего не опускалось бы для краткости, по какой причине оба эти понятия стали путать. термодинамический энтропия заряд адиабатический

2. Критический анализ понятия "термодинамическая энтропия"

А.Вейник (1968) резко выступил против той роли, которую играет энтропия в современной термодинамике, но его попытка изменить ситуацию не была принята современниками. А, может быть, и не понята. Против применения энтропии в термодинамике в том ключе, в каком это задумал Р.Клаузиус, доказательно и подробно выступил также И.Львов (2003, 2004).

В.Эткин (2006) подробнейшим образом описал эволюцию понятия "энтропия" в различных отраслях знания, показав, что в результате эволюции науки содержание понятия "энтропия" ушло далеко в сторону от того содержания, которое придал ему Р.Клаузиус. Однако В.Эткин считает, что "в термодинамике энтропия является носителем тепловой формы движения, т.е. величиной, способной передаваться через границы системы в процессе теплообмена или массообмена между ней и окружающей средой." Таким образом, у В.Эткина термодинамическая энтропия оказалась отождествленной с координатой состояния тепловой формы движения, то есть с тепловым зарядом.

Однако координатой состояния тепловой формы движения, как указывал А.Вейник, энтропия может считаться только при равновесных обратимых процессах. Да и то ее можно лишь приравнять к тепловому заряду, но не отождествить с ним. B общем же случае энтропию нельзя приравнивать к тепловому заряду. Отождествление энтропии с тепловым зарядом, как это следует из работы Д.Ермолаева (2004), сужает статистический смысл энтропии и переводит статистическую энтропию из разряда величин, имеющих сейчас обобщенное содержание для любых материальных систем, в частную характеристику тепловой формы движения. Но в этом случае следует уже обязательно говорить о термодинамической энтропии, а не просто об энтропии.

По А.Вейнику координатой состояния в упорядоченной тепловой форме движения является именно тепловой заряд. Из определяющего уравнения тепловой формы движения следует, что изменение теплового заряда определяется уравнением

dИ = дQT .

Уравнение (3) принципиально отличается от уравнения (1) тем, что дQ - это воздействие на систему тепловой энергии (изменение теплообмена), а не изменение количества теплоты в трактовке теории теплорода. В знаменателе уравнения (3) находится температурный напор ДT, а не абсолютное значение термодинамической температуры T, как в уравнении (1). В таблице тепловой формы движения (таблица "Движение теплового заряда"), в соответствии с условием приращений, присутствует именно температурный напор ДT. Из этого следует, что при систематизации величин тепловой формы движенияприменение термодинамической энтропии в качестве координаты состояния неприемлемо.

При адиабатических процессах тепловой заряд системы И не изменяется точно так же, как и термодинамическая энтропия системы S. Так что процессы с постоянным количеством теплового заряда в системе - это и есть те процессы, которые в теплотехнике называют изоэнтропийными.

При необратимости процесса в системе может измениться суммарное количество теплового заряда диссипации вследствие переноса энергии любых упорядоченных форм движения в неупорядоченную тепловую форму движения диссипации, но тепловой заряд диссипации - это совсем не то же самое, что тепловой заряд упорядоченной тепловой формы движения.

3. К чему приводит замена термодинамической энтропии тепловым зарядом

Приведем таблицу (И.Коган, 2006), показывающую, что именно изменяется при переходе от несуществующей формы движения, применяющей термодинамическую энтропию в качестве координаты состояния, к реальной тепловой форме движения, применяющей в качестве координаты состояния тепловой заряд. Различие заметно достаточно отчетливо.

Форма движения с энтропией

Форма движения с тепловым зарядом

Наименование

физической величины

Обозначение

или формула

Наименование

физической величины

Обозначение

или формула

Изменение теплообмена
Изменение энтропии системы

Термодинамическая температура

Теплоёмкость системы

дQ

dS = дQ/T

T

C = dQ/T

Изменение теплообмена

Изменение теплового заряда

Температурный напор

Ёмкость системы по отношению

к тепловому заряду

дQ

dИ

ДT =

dQ/dИ)eДT

C = dИ/dT

Приведем также таблицу (И.Коган, 2006), показывающую изменение уравнений для определения так называемых термодинамических потенциалов для случая адиабатного сжатия (расширения) идеального газа. Наглядная схема взаимосвязей термодинамических потенциалов приведена также в работах И.Когана (2006, 2007).

Наименование физической величины

Форма движения
с энтропией

Форма движения
с тепловым зарядом

Обозначение или формула

Обозначение или формула

Изменение внутренней энергии

Изменение энтальпии (теплосодержания)

Изменение связанной энергии

Изменение свободной энергии Гельмгольца

Изменение свободной энтальпии Гиббса

Уравнение состояния тепломеханической системы

dU = дQ + dA

dH = dU + dA

TdS

dF = dU - TdS

dG = dH - TdS

dW = pdV + TdS

dU = дQ + dA

dH = dU + dA

TdИ

dF = dU - TdИ

dG = dH - TdИ

dW = ДpdV + TdИ

4. Каковы следствия замены энтропии в термодинамике тепловым зарядом

Возникает вопрос: как быть с TS-диаграммами, часто применяемыми при изображениях термодинамических циклов в теплотехнике и для расчета этих циклов? Можно показать, что в изображениях термодинамических циклов возможна замена изменения термодинамической энтропии dS на изменение теплового заряда dИ, то есть TS-диаграммы вполне можно заменить на -диаграммы. Разница между применением на этих диаграммах T и ДT проиллюстрирована на рисунке.

Заштрихованной площадью наTS-диаграмме показано количество теплоты дQ, сообщенное системе. На -диаграмм заштрихованной площадью показано изменение теплообмена dQ. Поскольку при использовании диаграмм оперируют с разностями энергообменов, большие практические затруднения при переходе с TS-диаграмм на -диаграммы не предвидятся. Но это трудно с точки зрения привычек.

Для многих поколений студентов и инженеров мысленно осязаемый смысл энтропии в термодинамике заключается в том, что возрастание энтропии означает снижение работоспособности термодинамической системы. Но в термодинамике такую же, если не большую познавательную ценность должно иметь и термическое сопротивление в реальном термодинамическом процессе при рассмотрении переноса теплового заряда через проточную систему.

В современной физике термодинамическая энтропия используется для подсчета меры работоспособности любой формы движения в любой системе. А статистическую энтропию сейчас применяют и в информатике, где она определяет критическое значение скорости "помехоустойчивой" передачи информации по конкретному каналу связи, и в космологии, и для понимания явлений живой жизни, и даже в лингвистике. Всё это подробно проанализировано в работе В.Эткина (2006). Но в качестве координаты состояния упорядоченной тепловой формы движения термодинамическую энтропию применять не следует.

Будем надеяться, что доводы, приведенные в данной статье, дополнят доводы А.Вейника, И.Львова, Д.Ермолаева и помогут освободиться от некоторых неадекватных представлений.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Термодинамическая система с точки зрения системного анализа. Способы задания термодинамической системы и ее состояния. Физические ограничения термодинамической теории. Термодинамические закономерности.

    лекция [70,3 K], добавлен 19.07.2007

  • 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 13.02.2016

  • Измерение изменения объема воды при нагреве её от 0 до 90 градусов. Расчет показателя коэффициента термического расширения воды. Понятие фазового перехода как превращения вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий.

    лабораторная работа [227,4 K], добавлен 29.03.2012

  • Принципиальная 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 01.10.2012

  • Понятие теплового равновесия. История создания и развития термометра: Галилей, Ньютон, Фаренгейт, Цельсий. Характеристика абсолютной, реальной и термодинамической шкалы температур. Использование низких температур для превращения газов в жидкость.

    реферат [19,1 K], добавлен 09.02.2011

  • Характеристика параметров электроизмерительных приборов. Расчетный тепловой импульс цепи обмотки. Определение сопротивления токовых обмоток прибора. Выбор измерительных трансформаторов. Измерения активной мощности в трехфазной цепи при включении нагрузки.

    контрольная работа [449,0 K], добавлен 18.06.2014

  • Изучение различных изопроцессов, протекающих в газах. Экспериментальное определение СP/СV для воздуха. Расчет массы газа, переходящего в различные состояния. Протекание изотермических процессов, определение состояния газа как термодинамической системы.

    контрольная работа [28,0 K], добавлен 17.11.2010

  • Фундаментальные 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

  • Исследование процесса, происходящего в термодинамической системе при отсутствии теплообмена с окружающей средой. Определение теплоёмкости тела при постоянном давлении и при постоянном объёме. Расчет разности между соседними отсчётами; показатель адиабаты.

    лабораторная работа [58,2 K], добавлен 05.05.2015

  • История развития сканирующей туннельной микроскопии. Рассмотрение строения фуллеренов, фуллеритов, углеродных нанотрубок. Характеристика термодинамической модели зарождения и роста кластеров. Изучение магнитных свойств наносистемы оксидов железа.

    курсовая работа [2,4 M], добавлен 07.06.2010

  • Основной теоретический цикл расширения водяного пара в турбине. Анализ влияния начальных и конечных параметров рабочего тела на термодинамическую эффективность паросиловой установки. Выводы об эффективности работы рассчитываемой паросиловой установки.

    курсовая работа [225,9 K], добавлен 23.02.2015

  • 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

  • Фазовое 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 06.02.2016

  • Исследование основных критериев первичности и фундаментальности для физических объектов. Изучение закона уменьшения энтропии в процессах самоорганизации. Анализ проблем создания теории физического вакуума, несостоятельности концепции дискретного вакуума.

    реферат [418,4 K], добавлен 19.05.2012

  • Расчёт 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 19.04.2015

  • Анализ существующих типов закладных устройств и способов их обнаружения. Построение модели для расчета теплового поля поверхности земли. Демаскирующие признаки взрывных устройств. Тепловой вид неразрушающего контроля и теплофизическое описание дефектов.

    курсовая работа [829,7 K], добавлен 19.06.2014

  • Формулирование 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 19.02.2009

  • Теоретические 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 12.01.2010

  • Определение 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 20.10.2014

  • Предмет технической термодинамики. Свойства термодинамической системы. Основные термодинамические процессы: изохорный, изотермический, изобарный и адиабатный. Использование таблиц и диаграмм для термодинамических расчетов. Цикл Ренкина на перегретом паре.

    реферат [231,1 K], добавлен 01.02.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.