Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Второй и третий законы термодинамики




 

Второй закон термодинамики позволяет установить критерии направленности термодинамических процессов. Существует ряд формулировок этого закона. Основная формулировка второго закона термодинамики связана с введенным Клаузиусом понятием – энтропией, являющейся мерой вероятности и беспорядка (хаотичности) систем: cуществует функция состояния – энтропияS, которая обладает следующим свойством:

, (1.27)

где знак “равно” относится к обратимым процессам, а знак “больше” – к необратимым; – элементарная приведенная теплота.

Для изолированных систем (U = const, V = const) δQ = 0, и, следовательно, второй закон термодинамики может быть записан следующим образом:

(1.28)

Это выражение позволяет выбрать энтропию в качестве критерия направленности самопроизвольных процессов в изолированных системах и позволяет утверждать следующее: в изолированных системах самопроизвольно идут процессы только с возрастанием энтропии до наступления состояния термодинамического равновесия, при котором энтропия максимальна для данных условий (dSU,V = 0).

Третий закон термодинамики характеризует свойства систем вблизи абсолютного нуля и существует в виде трех постулатов:

1. При приближении к абсолютному нулю величины теплоемкостей всех тел становятся равными нулю (а, следовательно, абсолютный нуль температуры недостижим).

2. При приближении к абсолютному нулю значения работы и тепловых эффектов сближаются (тепловая теорема Нернста), или при абсолютном нуле все процессы, переводящие систему из одного равновесного состояния в другое, происходят без изменения энтропии.

3. При абсолютном нуле энтропия веществ без дефектов в кристаллической решетке равна нулю (постулат Планка).

Постулат Планка позволяет ввести понятие абсолютной энтропии вещества, то есть энтропии, отсчитанной от нулевого значения при Т = 0.

Термодинамические расчеты изменения энтропии для различных процессов основаны на определении энтропии как величины, изменение которой равно элементарной приведенной теплоте в обратимом процессе:

. (1.29)

При переходе системы из состояния 1 в состояние 2

, (1.30)

где δQ– элементарное количество теплоты.

 

 

1.5.1. Расчет изменений энтропии при физических процессах

Изменение энтропии при нагревании (охлаждении) n молей вещества от Т1 до Т2 при постоянном объеме или постоянном давлении определяют по уравнениям:

; (1.31)

, (1.32)

где СV и СP – мольные изохорная и изобарная теплоемкости.

Для узкого интервала температур (Т1Т2) можно принять С= const. Тогда

. (1.33)

При точных расчетах необходимо учитывать зависимость теплоемкостей веществ от температуры (уравнения вида (1.12) и (1.13)) и проводить соответствующее интегрирование.



Изменение энтропии при изотермическом (Т = const) расширении или сжатииn молей идеальных газов определяют по следующим формулам:

; (1.34)

, (1.35)

где V1и V2 – мольные доли объема газа в первом и втором состояниях;

P1 и P2– давления газа в первом и втором состояниях.

Изменение энтропии при фазовом переходе (Т = const, P = const) рассчитывается по формуле:

, (1.36)

где ΔHф.п. и Тф.п. – изменение энтальпии (тепловой эффект) при фазовом переходе и температура фазового перехода, соответственно.

Энтропия – это величина аддитивная, поэтому энтропия всей системы равна сумме энтропий отдельных составляющих системы, а изменение энтропии в сложных процессах равно сумме изменений энтропии отдельных стадий. Это необходимо учитывать при расчете изменений энтропии в сложных системах и процессах. Например, если надо рассчитать изменение энтропии для системы, состоящей из одного вещества и претерпевшей нагревание, фазовый переход и расширение, то выполняется расчет изменений энтропии для отдельных стадий, а полученные результаты суммируются. При расчетах необходимо учитывать количество веществ в системах.

П р и м е р 1.8. Рассчитать изменение энтропии при нагревании 1 моля алюминия от температуры 25 оС до температуры 600 оС, учитывая, что его мольная теплоемкость следующим образом зависит от температуры: CP = 20,67 + 12,39 · 10-3Т.





Дата добавления: 2017-01-14; Просмотров: 26; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:





studopedia.su - Студопедия (2013 - 2017) год. Не является автором материалов, а предоставляет студентам возможность бесплатного обучения и использования! Последнее добавление ‚аш ip: 54.196.117.47
Генерация страницы за: 0.098 сек.