Энтропия

Второе начало термодинамики.

Первое начало термодинамики, связывающее между собой энергетические эффекты химических процессов, еще не дает полной характеристики этих процессов, так как ничего не говорит об их направлении и возможности реализации.

Второе начало термодинамики решает вопрос о направлении естественных, самопроизвольно протекающих процессов и утверждает, что они приводят систему в более равновесное состояние. Существует несколько различных формулировок второго начала, которые на первый взгляд не связаны со сказанным. М. В. Ломоносов в 1747 г. впервые сформулировал основное положение второго начала термодинамики: Холодное тело В, погруженное в тело А, не может воспринять большую степень теплоты, чем какую имеет тело А.

Известны и иные формулировки второго начала. Например: Невозможен процесс, единственным результатом которого было бы превращение теплоты в работу.

Отсюда следует, что полностью превратить теплоту в полезную работу нельзя, и что должны существовать границы и условия, при которых это превращение будет наиболее полным.

Если с первым началом термодинамики связано появление функции состояния системы — внутренней энергии, то второе начало вводит новую функцию состояния — энтропию.

Условно можно разделить процессы на два вида — необратимые и обратимые.

Для необратимыхпроцессов характерно самопроизвольное одностороннее течение в направлении достижения равновесия. Примерами таких процессов могут быть: переход тепла от нагретого тела к холодному, химические реакции типа взрывных, взаимная диффузия газов или жидкостей, испарение перегретой жидкости и др.

Общим для этих процессов является превращение различных видов энергии в тепло с последующим равномерным распределением его между составляющими системы.

В термодинамическом смысле обратимым называется процесс, который можно провести не только в прямом, но и в обратном направлении так, что сама система и окружающая ее среда возвратятся в первоначальное состояние.

В природе вполне обратимых термодинамических процессов нет, так как всегда есть источники необратимости в виде безвозвратных потерь на трение, превращения электрической, световой и других видов энергии в теплоту. Поэтому вполне обратимые термодинамические процессы — это абстракция, идеальные предельные случаи реальных процессов.

Энтропиия - э то функция, однозначно зависящая от параметров состояния р, V, Т, названа Клаузиусом (1854 г.) и обозначена S. S = dQ/T

Для обратимых процессов изменение энтропии равно нулю: dQ/T = 0

Для необратимых самопроизвольно протекающих процессов изменение энтропии больше нуля:

dQ/T > 0

Последнее означает, что по мере самопроизвольного развития необратимого процесса его энтропия возрастает и достигает максимального значения в состоянии равновесия.

Примеры: полет пули, кофе с молоком.

Проблема вечного двигателя.

Следовательно, энтропия является количественной мерой необратимости процесса, мерой рассеянии энергии.

Энтропия имеет размерность такую же, как и теплоемкость кал/(моль • град), но в отличие от последней характеризует количество рассеянной энергии, отнесенной к 1°температуры.

Энтропия (по одному из определений) – это показатель неупорядоченности, или хаотичности, системы. Говоря простым языком, чем больший хаос (движение) царит в системе, тем выше её энтропия. Для термодинамических систем энтропия тем выше, чем более хаотично движение материальных частиц, составляющих систему (например, молекул).

Со временем учёным стало понятно, что энтропия – понятие более широкое и может применяться не только к термодинамическим системам. В общем-то, любая система имеет определённую долю хаоса, которая может изменяться – увеличиваться или уменьшаться.

Откройте там же флакончик с духами, и запах распространится по комнате. Но ничто не заставит его вернуться обратно во флакон.

Зажгите там свечу, и она сгорит, но ничто не заставит дым снова превратиться в свечу. Всем этим процессам свойственна направленность и необратимость. Причина такой необратимости процессов, происходящих не только в этой комнате, но и во всей Вселенной, как раз и кроется во втором начале термодинамики. Все выравнивается и успокаивается. Это ведет к рассуждениям о конечности или бесконечности системы и т.п.(остывание Земли?, замедление движения звезд и планет в Галактике?, что-то или кто-то запустил это механизм? и т.д.)

Для технологических процессов важно, что процесс передачи теплоты от горячего тела к холодному, является необратимым.

Дата добавления: 2015-06-26