ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ. ЭНТРОПИЯ. ЗАКОН ВОЗРАСТАНИЯ ЭНТРОПИИ

Вторым началом термодинамики называются постулаты (утверждения), сформулированные различными учеными на основании экспериментальных данных и теории идеальных двигателей.

• Постулат Томсона: невозможен циклический процесс, в котором получается механическая работа А>0 за счет охлаждения только одного тела.
• Постулат Клаузиуса: тепловая энергия самопроизвольно не может передаваться от более холодного тела к более нагретому телу.

При изучении тепловых процессов, происходящих при переходе системы из одного состояния в другое удобно использовать физические величины, которые являются функциями состояния (являются полными дифференциалами), т.е. не зависят от процесса.

Для идеального газа уже обсуждались функции состояния: внутренняя энергия U(V,T), изохорная молярная теплоемкость , изобарная молярная теплоемкость и т.д.

Энтропией называется функция состояния идеального газа, дифференциал которой определяется выражением .

Для получения выражения для энтропии идеального газа используем выражение первого

начала для одного моля (1).

Разделим обе части (1) на Т: (2).

Учитывая (3), а также, что (4), (5) и получим

(6)

Таким образом, для одного моля идеального газа выражение энтропии:

(7).

1) Если процесс изотермический, Т₁=Т₂, , (8)

2) Если процесс изохорический V₂=V₁ и (9)

3) Пр и адиабатическом процессе система не получает тепло, (10) энтропия остается постоянной.

Следовательно: энтропия замкнутой системы, в которой протекает обратимый процесс, - постоянная величина.

Рассмотрим циклический процесс на примере обратимого цикла Карно

(11), отсюда (12) или (13)

Приведенной теплотой называется отношение количества теплоты, полученного системой, к температуре, при которой эта теплота получена.

Следовательно, в цикле Карно (14).

Выражение (15) называется равенством Клаузиуса для обратимого цикла.

Так как , то изменение энтропии (16).

Это выражение позволяет дать другое определение энтропии: энтропией называется функция состояния системы, изменение которой равно сумме приведенных теплот, полученных системой при квазиравновесном процессе (проходящем очень медленно).

При необратимом циклическом процессе (17) и, следовательно,

(18). (11)- энтропия определяется логарифмом числа состояний, с помощью которых может быть определено данное состояние.

Выражение называется неравенством Клаузиуса и оно справедливо для любых циклов.

Используя понятие энтропии, можно дать еще одну формулировку II начала термодинамики:

• в изолированной системе все процессы протекают так, что энтропия остается постоянной для обратимых процессов или возрастает для необратимых процессов.

Равновесное состояние характеризуется максимальной энтропией по сравнению со всем неравновесными.

Еще одна формулировка II начала термодинамики:

• если система находится в каком-то состоянии с данной энтропией, то с очень большой вероятностью она перейдет в состояние с большей энтропией.

Процессы с уменьшением энтропии возможны, но вероятность этих процессов тем меньше, чем больше отклонение энтропии от значения, соответствующего равновесному состоянию.

Энтропия величина аддитивная (энтропия системы равна сумме энтропий частей ее составляющей).

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ.

Внутренняя энергия U = U(S, V). , , ,

Энтальпия H=H(S, p). , , , ,

Свободная энергия F=F (T, V). , , , F – свободная энергия, ,

Поиск по сайту: