Gazın entropisindeki değişimi belirleyin. Entropi değişimi

Bir termodinamik sistemin makroskopik parametreleri arasında basınç, hacim ve sıcaklık bulunur. Ancak önemli bir şey daha var fiziksel miktar Termodinamik sistemlerdeki durumları ve süreçleri tanımlamak için kullanılır. Buna entropi denir.

Entropi nedir

Bu kavram ilk kez 1865 yılında Alman fizikçi Rudolf Clausius tarafından ortaya atılmıştır. Entropiyi, geri dönüşü olmayan enerji dağılımının ölçüsünü belirleyen termodinamik sistemin durumunun fonksiyonu olarak adlandırdı.

Entropi nedir?

Bu soruyu cevaplamadan önce “azaltılmış ısı” kavramını tanıyalım. Bir sistemde meydana gelen herhangi bir termodinamik süreç, sistemin bir durumdan diğerine belirli sayıda geçişinden oluşur. Azaltılmış ısı ısı miktarının oranı denir izotermal süreç bu ısının aktarıldığı sıcaklığa kadar.

Q" = Q/T .

Herhangi bir açık termodinamik işlem için sistemin bir durumdan diğerine geçiş sırasındaki değişimi indirgenmiş ısıların toplamına eşit olan bir fonksiyonu vardır. Clausius bu fonksiyona "adını verdi" entropi " ve onu harfle belirledim S ve oran toplam sayı sıcaklık ∆Q boyutuna mutlak sıcaklıkT adlandırılmış entropi değişimi .

Clausius formülünün entropinin değerini değil sadece değişimini belirlediğine dikkat edelim.

Termodinamikte “geri dönülemez enerji kaybı” nedir?

Termodinamiğin ikinci yasasının formülasyonlarından biri şu şekildedir: " Tek sonucu sistem tarafından alınan ısı miktarının tamamının işe dönüştürülmesi olan bir süreç imkansızdır.". Yani ısının bir kısmı işe dönüşür, bir kısmı da dağılır. Bu işlem geri döndürülemez. Daha sonra dağılan enerji artık iş yapamaz. Örneğin gerçek bir ısı motorunda ısının tamamı çalışma gövdesine aktarılır ve bir kısmı ısıtılarak dış ortama dağıtılır.

Carnot çevrimine göre çalışan ideal bir ısı makinesinde indirgenmiş ısıların toplamı sıfırdır. Bu ifade aynı zamanda yarı statik (tersine çevrilebilir) herhangi bir döngü için de geçerlidir. Ve böyle bir sürecin bir durumdan diğerine kaç geçişten oluştuğu önemli değil.

Eğer keyfi bir termodinamik süreci sonsuz küçüklükteki bölümlere ayırırsak, bu tür bölümlerin her birinde azaltılan ısı şuna eşit olacaktır: δQ/T . Tam diferansiyel entropi dS = δQ/T .

Entropi, ısının geri dönülemez şekilde dağılma yeteneğinin bir ölçüsüdür. Değişimi, çevreye ne kadar enerjinin ısı şeklinde rastgele dağıldığını gösterir.

Isı alışverişi yapmayan kapalı, izole bir sistemde çevre Tersinir süreçler sırasında entropi değişmez. Bu şu anlama gelir: diferansiyel dS = 0 . Gerçek ve geri dönüşü olmayan işlemlerde ısı transferi şu şekilde gerçekleşir: sıcak vücut soğuğa. Bu tür süreçlerde entropi her zaman artar ( dS ˃ 0 ). Sonuç olarak termodinamik sürecin yönünü gösterir.

Clausius formülü şu şekilde yazılmıştır: dS = δQ/T , yalnızca yarı statik işlemler için geçerlidir. Bunlar sürekli birbirini takip eden bir dizi denge durumu olan idealleştirilmiş süreçlerdir. Gerçek termodinamik süreçlerin çalışmasını basitleştirmek için termodinamiğe dahil edildiler. Yarı statik bir sistemin herhangi bir anda termodinamik denge durumunda olduğuna inanılmaktadır. Bu sürece aynı zamanda yarı denge de denir.

Elbette doğada bu tür süreçler yoktur. Sonuçta sistemdeki herhangi bir değişiklik onu bozar denge durumu. Sistemi denge durumuna döndürmeye çalışan çeşitli geçiş süreçleri ve gevşeme süreçleri oluşmaya başlar. Ancak oldukça yavaş ilerleyen termodinamik süreçlerin yarı statik olduğu düşünülebilir.

Uygulamada, çözümü karmaşık ekipmanların oluşturulmasını, birkaç yüz bin atmosferlik basınç yaratılmasını, çok sayıda bakımın yapılmasını gerektiren birçok termodinamik problem vardır. yüksek sıcaklık uzun zamandır. Ve yarı statik süreçler, bu tür gerçek süreçlerin entropisini hesaplamayı, şu veya bu sürecin nasıl ilerleyebileceğini tahmin etmeyi mümkün kılar ki bunun pratikte uygulanması çok zordur.

Azalan olmayan entropi kanunu

Entropi kavramına dayanan termodinamiğin ikinci yasası şu şekilde formüle edilmiştir: “ Yalıtılmış bir sistemde entropi azalmaz " Bu yasaya da denir azalmayan entropi kanunu.

Zamanın bir noktasında kapalı bir sistemin entropisi maksimumdan farklıysa, gelecekte yalnızca şu seviyeye ulaşana kadar artabilir: maksimum değer. Sistem denge durumuna ulaşacaktır.

Clausius, Evrenin kapalı bir sistem olduğundan emindi. Ve eğer öyleyse, o zaman entropisi maksimum değerine ulaşma eğilimindedir. Bu, bir gün içindeki tüm makroskobik süreçlerin duracağı anlamına gelir ve “ ısı ölümü" Ancak Amerikalı gökbilimci Edwin Powell Hubble, Evrenin genişlediği için izole bir termodinamik sistem olarak adlandırılamayacağını kanıtladı. Sovyet fizikçisi Akademisyen Landau, değişken bir çekim alanı içinde olduğundan, azalmayan entropi yasasının Evren'e uygulanamayacağına inanıyordu. Modern bilim Evrenimizin kapalı bir sistem olup olmadığı sorusuna henüz cevap veremiyoruz.

Boltzmann prensibi

Ludwig Boltzmann

Herhangi bir kapalı termodinamik sistem bir denge durumuna eğilimlidir. İçinde meydana gelen tüm kendiliğinden süreçlere entropide bir artış eşlik eder.

1877'de Avusturyalı teorik fizikçi Ludwig Boltzmann entropi ile ilgili termodinamik durum sistemin mikrodurumlarının sayısı ile. Entropinin değerini hesaplamak için kullanılan formülün daha sonra Alman teorik fizikçi Max Planck tarafından türetildiğine inanılıyor.

S = k · içindeW ,

Nerede k = 1,38·10 −23 J/K - Boltzmann sabiti; W - belirli bir makrostatik durumu gerçekleştiren sistemin mikrodurumlarının sayısı veya bu durumun gerçekleştirilebileceği yolların sayısı.

Entropinin sadece sistemin durumuna bağlı olduğunu, sistemin bu duruma nasıl geçtiğine bağlı olmadığını görüyoruz.

Fizikçiler entropinin termodinamik sistemin düzensizlik derecesini karakterize eden bir miktar olduğunu düşünüyorlar. Herhangi bir termodinamik sistem her zaman parametrelerini çevresi ile dengelemeye çalışır. Bu duruma kendiliğinden gelir. Denge durumuna ulaşıldığında sistem artık iş yapamaz. Dağınıklık içinde olduğu düşünülebilir.

Entropi, sistem ile sistem arasındaki ısı değişiminin termodinamik sürecinin yönünü karakterize eder. dış çevre. Kapalı bir termodinamik sistemde kendiliğinden gerçekleşen süreçlerin hangi yönde ilerleyeceğini belirler.

Doğada meydana gelen tüm süreçler geri döndürülemez. Bu nedenle artan entropi yönünde akarlar.

Termodinamiğin ikinci yasasının çeşitli formülasyonları vardır. Clausius'un formülasyonu: ısının daha düşük sıcaklığa sahip bir gövdeden daha yüksek sıcaklığa sahip bir gövdeye aktarılması işlemi imkansızdır.

Thomson'un formülasyonu: Belirli bir cisimden alınan ısı nedeniyle işin gerçekleştirilmesi sonucunu doğuracak bir süreç imkansızdır. Bu formülasyon dönüşüme bir kısıtlama getirmektedir. iç enerji

mekanik. Yalnızca çevreden ısı alarak iş yapacak bir makinenin (ikinci tür sürekli hareket makinesi) yapılması imkansızdır. Boltzmann formülasyonu: Entropi

- Bu sistemin bozukluğunun göstergesidir. Entropi ne kadar yüksek olursa, sistemi oluşturan maddi parçacıkların hareketi de o kadar kaotik olur. Örnek olarak suyu kullanarak bunun nasıl çalıştığını görelim. Sıvı halde su, moleküller birbirine göre serbestçe hareket ettiğinden ve uzaysal yönelimleri isteğe bağlı olabileceğinden oldukça düzensiz bir yapıdır. Buz başka bir konudur - içindeki su molekülleri kristal kafese dahil edilerek sıralanmıştır. Boltzmann'ın termodinamiğin ikinci yasasının formülasyonu, nispeten konuşursak, buzun eriyip suya dönüştüğünü (düzen derecesinde bir azalma ve entropide bir artışın eşlik ettiği bir süreç) asla entropiden yeniden doğmayacağını belirtir. kapalı sistemlerde yani dışarıdan enerji beslemesi almayan sistemlerde azalma olmaz. (Termodinamiğin üçüncü yasası Nernst teoremi

), sıcaklık mutlak sıfıra yaklaşırken entropinin davranışını belirleyen fiziksel bir prensiptir. Önemli miktarda deneysel verinin genelleştirilmesine dayanarak kabul edilen termodinamiğin varsayımlarından biridir.

Termodinamiğin üçüncü yasası şu şekilde formüle edilebilir: "Entropinin artması mutlak sıfır sıcaklık eğilimi gösterir sonlu sınır.

, sistemin içinde bulunduğu denge durumundan bağımsız olarak"

herhangi bir termodinamik parametre nerede.

Termodinamiğin üçüncü yasası yalnızca denge durumları için geçerlidir.

Termodinamiğin ikinci yasasına göre, entropi yalnızca isteğe bağlı bir toplamsal sabite kadar belirlenebileceğinden (yani, belirlenen entropinin kendisi değil, yalnızca onun değişimidir):

Entropiyi doğru bir şekilde belirlemek için termodinamiğin üçüncü yasası kullanılabilir. Bu durumda mutlak sıfır sıcaklıktaki denge sisteminin entropisinin sıfıra eşit olduğu kabul edilir.

İdeal gazların entropisindeki değişime ilişkin hesaplanmış bir ifade elde etmek için, ısının entalpi değişimi kullanılarak belirlendiği termodinamiğin birinci yasasını kullanırız.

İdeal bir gazın belirli iki durumdaki entropileri arasındaki fark, (4.59) ifadesinin entegre edilmesiyle elde edilebilir.

İdeal bir gazın entropisinin mutlak değerini belirlemek için, sayımının başlangıcını durumun herhangi bir çift termal parametresi ile sabitlemek gerekir. Örneğin, T 0 ve P 0'da s 0 =0 alarak denklem (4.60)'ı kullanarak şunu elde ederiz:

İfade (4.62), ideal bir gazın entropisinin bir durum parametresi olduğunu gösterir çünkü herhangi bir durum parametresi çifti aracılığıyla belirlenebilir. Buna karşılık, entropinin kendisi bir durum parametresi olduğundan, onu herhangi bir bağımsız durum parametresiyle birlikte kullanarak herhangi bir başka gaz durumu parametresini belirlemek mümkündür.

Entropi termodinamikte tanıtılan bir kavramdır. Bu değer kullanılarak enerji kaybının ölçüsü belirlenir. Herhangi bir sistem, ısı ile ısı arasında ortaya çıkan bir çatışmayla karşılaşır. kuvvet alanı. Sıcaklıktaki bir artış, düzen derecesinde bir azalmaya yol açar. Düzensizliğin ölçüsünü belirlemek için entropi adı verilen bir miktar tanıtıldı. Hem kapalı hem de açık sistemlerde enerji akışlarının değişim derecesini karakterize eder.

Yalıtılmış devrelerde entropi değişimi ısının artmasıyla birlikte artar. Bu düzensizlik ölçüsü, en kaotik olan termodinamik denge ile karakterize edilen bir durumda maksimum değerine ulaşır.

Sistem açıksa ve aynı zamanda dengesizse, entropideki değişim azalma yönünde meydana gelir. Bu versiyondaki bu ölçünün değeri formülle karakterize edilir. Bunu elde etmek için iki miktar toplanır:
- ısı ve maddelerin dış ortamla değişimi nedeniyle oluşan entropinin akışı;
- sistem içindeki kaotik hareket endeksindeki değişimin büyüklüğü.

Entropi değişiklikleri biyolojik, kimyasal ve fiziksel süreçler. Bu olay belli bir hızda gerçekleşir. Entropideki değişiklik pozitif bir değer olabilir; bu durumda bir akış meydana gelir bu gösterge Sisteme dış ortamdan girilir. Entropi değişimini gösteren değerin eksi işaretiyle tanımlandığı durumlar olabilir. Bu sayısal değer entropinin dışarı akışını gösterir. Sistem şu durumda olabilir: Bu durumda üretilen entropi miktarı bu göstergenin dışarı akışıyla telafi edilir. Böyle bir duruma bir örnek, dengede olmayan, ancak aynı zamanda durağan olan durumdur. Herhangi bir organizma entropiyi pompalar; negatif değer, çevresinden. Ondan çıkarılan düzensizliğin miktarı, alınan miktarı bile aşabilir.

Entropi üretimi her durumda meydana gelir. karmaşık sistemler. Evrim sürecinde aralarında bilgi alışverişi olur. Örneğin, moleküllerinin mekansal düzeni hakkındaki bilgiler kaybolduğunda. Entropinin arttığı bir süreç var. Sıvı donarsa moleküler konumlardaki belirsizlik azalır. İÇİNDE bu durumda entropi azalır. Bir sıvının soğutulması iç enerjisinde bir azalmaya neden olur. Ancak sıcaklık belirli bir değere ulaştığında sudan ısı alınmasına rağmen maddenin sıcaklığı değişmeden kalır. Bu, kristalleşmeye geçişin başladığı anlamına gelir. Bu tür bir izotermal süreç sırasında entropideki bir değişikliğe, sistemin kaos ölçüsünde bir azalma eşlik eder.

Bir maddenin füzyon ısısına izin veren pratik bir yöntem, sonucu bir katılaşma diyagramının oluşturulması olan işin yapılmasıdır. Yani çalışma sonucunda elde edilen verilere dayanarak maddenin sıcaklığının zamana bağımlılığını gösterecek bir eğri çizmek mümkündür. Aynı zamanda dış koşullar değişmemiş olmalıdır. Verileri işleyerek entropi değişimini belirlemek mümkündür grafik görüntü deneyin sonuçları. Bu tür eğrilerde her zaman çizginin yatay bir boşluğa sahip olduğu bir bölüm vardır. Sıcaklık karşılık geliyor bu bölüm, katılaşma sıcaklığıdır.

Herhangi bir maddede bir geçişin eşlik ettiği değişiklik sağlam eşit ortam sıcaklığında bir sıvıya dönüşmesi ve bunun tersi, birinci tür faz değişimi olarak anılır. Bu durumda sistemin yoğunluğu ve entropisi değişir.

Entropi

Sistemin entalpisindeki değişiklik kendiliğinden gerçekleşme için tek kriter olamaz kimyasal reaksiyonÇünkü birçok endotermik süreç kendiliğinden meydana gelir. Bu, bazı tuzların (örneğin, NH4N03) suda çözünmesi ve buna çözeltinin gözle görülür şekilde soğuması ile gösterilmektedir. Daha düzenli bir durumdan daha az düzenli (daha kaotik) bir duruma kendiliğinden geçiş yeteneğini belirleyen bir faktörü daha hesaba katmak gerekir.

Entropi (S), sistemin düzensizliğinin (düzensizliğinin) bir ölçüsü olarak hizmet eden, durumun termodinamik bir fonksiyonudur. Endotermik süreçlerin meydana gelme olasılığı entropideki bir değişiklikten kaynaklanmaktadır, çünkü izole sistemler kendiliğinden oluşan bir sürecin entropisi artar Δ S > 0 (termodinamiğin ikinci yasası).

L. Boltzmann entropiyi bir sistemin durumunun (düzensizliğinin) termodinamik olasılığı olarak tanımladı W. Sistemdeki parçacık sayısı fazla olduğundan (Avogadro sayısı) N A = 6,02∙10 23), o zaman entropi orantılıdır doğal logaritma sistem durumunun termodinamik olasılığı W:

Bir maddenin 1 molünün entropi boyutu gaz sabitinin boyutuyla örtüşür R ve J∙mol –1∙K –1'e eşittir. Entropi değişimi *) geri döndürülemez ve geri döndürülebilir süreçlerde Δ ilişkileriyle aktarılır S > Q / T ve Δ S = Q / T. Örneğin, erime entropisindeki değişiklik, erime ısısına (entalpi) Δ eşittir. S pl = Δ H lütfen/ T pl Bir kimyasal reaksiyon için entropideki değişim entalpideki değişime benzer

*) terim entropi Clausius (1865) tarafından Q/T (indirgenmiş ısı) oranıyla tanıtıldı.

burada Δ S° standart durumun entropisine karşılık gelir. Standart entropiler basit maddeler sıfıra eşit değildir. Diğer termodinamik fonksiyonlardan farklı olarak entropi ideal olarak kristal gövde mutlak sıfırda sıfıra eşittir (Planck'ın varsayımı), çünkü W = 1.

Belirli bir sıcaklıkta bir maddenin veya cisimler sisteminin entropisi mutlak değer. Tabloda 4.1 standart entropileri gösterir S° bazı maddeler.

Tablodan 4.1'den entropinin şunlara bağlı olduğu sonucu çıkar:

• Bir maddenin toplam durumu. Entropi katıdan sıvıya ve özellikle de sıvıya geçiş sırasında artar. gaz hali(su, buz, buhar).
• İzotopik bileşim (H 2O ve D 2O).
• Molekül ağırlığı aynı tipteki bileşikler (CH4, C2H6, n-C4H10).
• Molekülün yapısı (n-C 4H 10, iso-C 4H 10).
• Kristal yapı(allotropiler) – elmas, grafit.

Son olarak, şek. 4.3 entropinin sıcaklığa bağımlılığını göstermektedir.

Sonuç olarak sıcaklık ne kadar yüksek olursa sistemin düzensizliğe eğilimi de o kadar artar. Sistemin entropisindeki ve sıcaklıktaki değişimin çarpımı TΔ S bu eğilimi ölçer ve denir entropi faktörü.

"Kimyasal termodinamik. Entropi" konusundaki problemler ve testler

• Kimyasal elementler. Kimyasal element işaretleri - İlk kimyasal kavramlar ve teorik kavramlar 8-9. Sınıflar

  Dersler: 3 Ödevler: 9 Testler: 1

§6 Entropi

Tipik olarak, bir sistemin bir durumdan diğerine geçtiği herhangi bir süreç, bu sürecin ters yönde gerçekleştirilmesinin imkansız olacağı şekilde ilerler, böylece sistem, çevredeki cisimlerde herhangi bir değişiklik meydana gelmeden aynı ara durumlardan geçer. . Bunun nedeni, işlem sırasında enerjinin bir kısmının örneğin sürtünme, radyasyon vb. nedeniyle dağılmasıdır. Dolayısıyla. Doğadaki hemen hemen tüm süreçler geri döndürülemez. Her süreçte bir miktar enerji kaybolur. Enerji dağılımını karakterize etmek için entropi kavramı tanıtıldı. ( Entropi değeri karakterize eder sistemin termal durumu ve vücudun belirli bir durumunun uygulanma olasılığını belirler. Daha muhtemel verilen durum entropi ne kadar büyük olursa.) Tüm doğal süreçlere entropide bir artış eşlik eder. Entropi yalnızca idealize edilmiş tersinir bir sürecin meydana gelmesi durumunda sabit kalır. kapalı sistem yani bu sistemin dışındaki cisimlerle enerji alışverişinin olmadığı bir sistemde.

Entropi ve termodinamik anlamı:

Boltzmann formülasyonu:- bu, sistemin durumunun bir fonksiyonudur; tersinir bir süreçteki sonsuz küçük değişim, bu süreçte verilen sonsuz küçük ısı miktarının, verildiği sıcaklığa oranına eşittir.

Tersine çevrilebilir son bir süreçte entropideki değişiklik aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:

burada integral sistemin başlangıç ​​durumu 1'den son durumu 2'ye alınır.

Entropi bir durum fonksiyonu olduğundan integralin özelliğihesaplandığı konturun (yol) şeklinden bağımsız olmasıdır, bu nedenle integral yalnızca sistemin başlangıç ​​ve son durumları tarafından belirlenir;

• Herhangi bir tersinir süreçte entropi değişimi 0'dır

(1)

• Termodinamikte kanıtlanmıştır kiSgeri dönüşü olmayan bir döngüye giren sistem artar

Δ S> 0 (2)

(1) ve (2) numaralı ifadeler yalnızca kapalı sistemlere ilişkindir; eğer sistem dış ortamla ısı alışverişinde bulunuyorsa;Sher şekilde davranabilir.

İlişkiler (1) ve (2) Clausius eşitsizliği olarak temsil edilebilir

ΔS ≥ 0

onlar. kapalı bir sistemin entropisi ya artabilir (geri döndürülemez süreçler durumunda) ya da sabit kalabilir (tersinir süreçler durumunda).

Sistem durum 1'den durum 2'ye denge geçişi yaparsa entropi değişir

Nerede dÜ Ve δABelirli bir süreç için yazılmıştır. Bu formüle göre ΔSbir toplamsal sabite kadar belirlenir. Fiziksel anlam Fark yaratan entropinin kendisi değil, entropiler arasındaki farktır. İdeal gaz süreçlerinde entropi değişimini bulalım.

onlar. entropi değişiklikleriS Δ S 1→2 İdeal bir gazın 1. durumdan 2. duruma geçişi sırasındaki değişimi prosesin türüne bağlı değildir.

Çünkü adyabatik bir süreç için δQ = 0 ise Δ S= 0 => S= sabit yani adyabatik geri dönüşümlü süreç sabit entropide meydana gelir. Bu yüzden izantropik olarak adlandırılır.

İzotermal bir süreçte (T= sabit; T 1 = T 2 : )

İzokorik bir süreçte (V= sabit; V 1 = V 2 ; )

Entropi, toplanabilirlik özelliğine sahiptir: Bir sistemin entropisi, sisteme dahil olan cisimlerin entropilerinin toplamına eşittir.S = S 1 + S 2 + S 3 + ... Moleküllerin termal hareketi ile diğer hareket biçimleri arasındaki niteliksel fark, onun rastgeleliği ve düzensizliğidir. Bu nedenle, termal hareketi karakterize etmek için moleküler düzensizliğin derecesinin niceliksel bir ölçümünü yapmak gerekir. Belirli ortalama parametre değerlerine sahip bir vücudun herhangi bir makroskobik durumunu düşünürsek, bu, moleküllerin dağılımında birbirinden farklı olan yakın mikro durumların sürekli değişiminden başka bir şeydir. farklı parçalar Hacim ve enerji moleküller arasında dağıtılır. Sürekli değişen bu mikrodurumların sayısı, tüm sistemin makroskobik durumunun düzensizlik derecesini karakterize eder.wbelirli bir mikrodurumun termodinamik olasılığı denir. Termodinamik olasılıkwBir sistemin durumu, makroskobik bir sistemin belirli bir durumunun gerçekleştirilebileceği yolların sayısı veya belirli bir mikro durumu uygulayan mikro durumların sayısıdır (w≥ 1 ve matematiksel olasılık ≤ 1 ).

Bir olayın sürprizinin ölçüsü olarak, olasılığının eksi işaretiyle logaritmasının alınmasına karar verildi: durumun sürprizi şuna eşittir:-

Boltzmann'a göre entropiSsistemler ve termodinamik olasılık birbiriyle şu şekilde ilişkilidir:

Nerede - Boltzmann sabiti (). Böylece entropi, belirli bir mikrodurumun gerçekleştirilebileceği durum sayısının logaritması ile belirlenir. Entropi, t/d sisteminin durumunun olasılığının bir ölçüsü olarak düşünülebilir. Boltzmann'ın formülü entropiye aşağıdaki istatistiksel yorumu vermemizi sağlar. Entropi bir sistemin düzensizliğinin ölçüsüdür. Aslında, daha daha büyük sayı Belirli bir mikro durumu gerçekleştiren mikro durumlar, entropi ne kadar büyük olursa. Sistemin denge durumunda - sistemin en olası durumu - mikro durumların sayısı maksimumdur ve entropi de maksimumdur.

Çünkü gerçek süreçler geri döndürülemez, o zaman kapalı bir sistemdeki tüm süreçlerin entropisinde bir artışa - entropinin artması ilkesine - yol açtığı iddia edilebilir. Entropinin istatistiksel yorumunda bu, kapalı bir sistemdeki süreçlerin, mikrodurumların sayısını artırma yönünde, yani daha az olası durumlardan daha olası durumlara doğru, durumun olasılığı maksimum olana kadar ilerlediği anlamına gelir.

§7 Termodinamiğin ikinci yasası

Enerjinin korunumu ve enerji dönüşümü yasasını ifade eden termodinamiğin birinci yasası, t/d süreçlerinin akış yönünü belirlememize izin vermez. Ayrıca birbiriyle çelişmeyen birçok süreç hayal edilebilir.BENenerjinin korunduğu başlangıca t/d, ancak doğada gerçekleşmezler. İkinci başlangıç ​​t/d'nin olası formülasyonları:

1) geri dönüşü olmayan süreçler sırasında kapalı bir sistemin entropisinin artması yasası: kapalı bir sistemdeki geri dönüşü olmayan herhangi bir süreç, sistemin entropisinin Δ artacağı şekilde gerçekleşirS≥ 0 (geri dönüşü olmayan süreç) 2) ΔS≥ 0 (S= 0 tersinir için ve ΔSGeri dönüşü olmayan bir süreç için ≥ 0)

Kapalı bir sistemde meydana gelen işlemlerde entropi azalmaz.

2) Boltzmann'ın formülünden S = , dolayısıyla entropideki artış, sistemin daha az olası bir durumdan daha olası bir duruma geçişi anlamına gelir.

3) Kelvin'e göre: Dairesel bir işlem mümkün değildir, bunun tek sonucu ısıtıcıdan alınan ısının kendisine eşdeğer işe dönüştürülmesidir.

4) Clausius'a göre: Dairesel bir süreç mümkün değildir; bunun tek sonucu, ısının daha az ısıtılmış bir cisimden daha fazla ısıtılmış bir cisme aktarılmasıdır.

0 K'deki t/d sistemlerini tanımlamak için Nernst-Planck teoremi (t/d'nin üçüncü yasası) kullanılır: denge durumundaki tüm cisimlerin entropisi, sıcaklık 0 K'ye yaklaştıkça sıfıra yönelir.

teoremden Nernst-Planck'tan şu sonuç çıkıyorC p = C v = 0, 0'da İLE

§8 Isıtma ve soğutma makineleri.

Carnot çevrimi ve verimliliği

Kelvin'e göre t/d'nin ikinci yasasının formülasyonundan, ikinci türden bir sürekli hareket makinesinin imkansız olduğu sonucu çıkar. ( Sürekli hareket makinesi- bu, bir ısı kaynağını soğutarak iş yapan, periyodik olarak çalışan bir motordur.)

Termostat sıcaklığı değiştirmeden cisimlerle ısı alışverişi yapabilen bir t/d sistemidir.

Bir ısı motorunun çalışma prensibi: sıcaklıklı bir termostattan T 1 - ısıtıcı, döngü başına uzaklaştırılan ısı miktarıQ 1 ve sıcaklık ayarlı termostat T 2 (T 2 < T 1) - buzdolabına döngü başına aktarılan ısı miktarıQ 2 , iş yapılırken A = Q 1 - Q 2

Döngüsel süreç veya döngü Bir sistemin bir dizi durumdan geçtikten sonra orijinal durumuna döndüğü bir süreçtir. Durum diyagramında bir çevrim kapalı bir eğri olarak gösterilir. Gerçekleştirilen döngü ideal gaz genişleme (1-2) ve sıkıştırma (2-1) süreçlerine ayrılabilir, genişleme işi pozitiftir A 1-2 > 0, çünküV 2 > V 1 sıkıştırma işi negatiftir A 1-2 < 0, т.к. V 2 < V 1 . Sonuç olarak, gazın çevrim başına yaptığı iş, 1-2-1 kapalı eğrisinin kapsadığı alan tarafından belirlenir. Bir döngü sırasında pozitif iş yapılırsa (saat yönünde döngü), o zaman döngü ileri olarak çağrılır, eğer ters bir döngü ise (döngü saat yönünün tersine gerçekleşir).

Doğrudan çevrimısı motorlarında kullanılır - dışarıdan alınan ısıyı kullanarak iş yapan periyodik olarak çalışan motorlar. Ters döngü Soğutma makinelerinde kullanılır - çalışma nedeniyle periyodik olarak çalışan tesisler dış kuvvetlerısı, sıcaklığı daha yüksek olan bir cisme aktarılır.

Döngüsel süreç sonucunda sistem orijinal durumuna geri döner ve dolayısıyla iç enerjideki toplam değişim sıfır olur. Daha sonraІ dairesel süreç için t/d'yi başlat

Q= Δ sen+ A= A,

Yani çevrim başına yapılan iş dışarıdan alınan ısı miktarına eşittir, ancak

Q= Q 1 - Q 2

Q 1 - miktar sistem tarafından alınan ısı,

Q 2 - miktar sistem tarafından verilen ısı.

Termal verimlilik dairesel süreç için orana eşit Sistem tarafından yapılan işin sisteme sağlanan ısı miktarına oranı:

η = 1 için koşulun sağlanması gerekirQ 2 = 0, yani Bir ısı makinesinin bir ısı kaynağı olması gerekirQ 1 , ancak bu t/d'nin ikinci yasasıyla çelişir.

Bir ısı motorunda meydana gelen işlemin tersi, bir soğutma makinesinde kullanılır.

Sıcaklık ile termostattan T 2 ısı miktarı alınırQ 2 ve sıcaklıkla birlikte termostata iletilirT 1 , ısı miktarıQ 1 .

Q= Q 2 - Q 1 < 0, следовательно A< 0.

İş yapmadan, daha az ısıtılmış bir vücuttan ısı alıp daha ısıtılmış bir gövdeye vermek imkansızdır.

Carnot, t/d'nin ikinci yasasına dayanarak bir teorem türetti.

Carnot teoremi: aynı ısıtıcı sıcaklıklarına sahip periyodik olarak çalışan tüm ısı motorlarının ( T 1) ve buzdolapları ( T 2), en yüksek verimlilik. geri dönüşümlü makineler var. Yeterlik eşit olan tersinir makineler T 1 ve T 2 eşittir ve çalışma akışkanının doğasına bağlı değildir.

Çalışan bir cisim, dairesel bir işlem gerçekleştiren ve diğer cisimlerle enerji alışverişinde bulunan bir cisimdir.

Carnot çevrimi, 2 izoterm ve 2 adiabattan oluşan, tersinir, en ekonomik çevrimdir.

1-2 izotermal genleşme T 1 ısıtıcı; gaza ısı verilirQ 1 ve iş bitti

2-3 - adiabat. genişleme, gaz işe yarıyorA 2-3 >0 dış gövdelerin üstünde.

3-4 izotermal sıkıştırma T 2 buzdolabı; ısı giderilirQ 2 ve iş bitti;

4-1-adyabatik sıkıştırma, gaz üzerinde iş yapılır 4-1 <0 внешними телами.

İzotermal bir süreçtesen= sabit, yani Q 1 = A 12

1

Adyabatik genişleme sırasındaQ 2-3 = 0 ve gaz işi A 23 iç enerjiyle gerçekleştirilir bir 23 = - sen

Isı miktarıQ 2 İzotermal sıkıştırma sırasında gazın buzdolabına verdiği sıkıştırma işine eşittir A 3-4

2

Adyabatik sıkıştırma işi

Döngüsel bir süreç sonucunda yapılan iş

A = A 12 + A 23 + A 34 + A 41 = Q 1 + A 23 - Q 2 - A 23 = Q 1 - Q 2

ve 1-2-3-4-1 eğrisinin alanına eşittir.

Termal verimlilik Carnot döngüsü

2-3 ve 3-4 süreçleri için adyabatik denklemden şunu elde ederiz:

Daha sonra

onlar. yeterlik Carnot çevrimi yalnızca ısıtıcı ve buzdolabının sıcaklıkları tarafından belirlenir. Verimliliği artırmak için farkı artırmak lazım T 1 - T 2 .

******************************************************* ******************************************************