Справочник от Автор24
Найди эксперта для помощи в учебе
Найти эксперта
+2

Закон возрастания энтропии

Закон возрастания энтропии как одна из формулировок второго начала термодинамики

Рассмотрим замкнутую систему, которая переходит из состояния 1 в состояние 2 (рис.1) по пути L1. Из состояния 2 в состояние 1 вернем систему с помощью обратимого процесса по пути L2, но при этом мы понимаем, что система уже не является изолированной.

Рисунок 1

Рис. 1

Так, мы получили цикл, к которому применимо неравенство Клаузиуса:

При переходе по пути L1 система была изолированной, следовательно:

Переход 2-1 обратимый, следовательно, можно считать, что в этом процессе:

Иначе неравенство (4) запишем как:

Неравенство (5) означает, что при переходе замкнутой системы из состояния 1 в состояние 2 энтропия либо увеличивается, либо не изменяется. Закон возрастания энтропии (5) также относят к одной из формулировок второго начала термодинамики.

Возрастание и убывание энтропии

В процессах, которые протекают в изолированных системах, энтропия не убывает. В этом утверждении существенно то, что система должна быть изолирована. В неизолированных системах энтропия может и возрастать, и убывать и не изменяться. Энтропия не изменяется только в обратимых процессах. В необратимых процессах энтропия возрастает. Так как на практике процессы в системе, которая предоставлена самой себе, обычно необратимы, это значит, что энтропия изолированной системы обычно растет. Рост энтропии в изолированной системе означает, что система стремится к равновесному состоянию, которое является наиболее вероятным. Закон убывания энтропии в изолированной системе не запрещает полностью рост энтропии. Возможны отклонения, когда на каком-то отрезке времени система движется в направлении наименее вероятных состояний, то есть энтропия убывает или не меняется. И чем меньше система, тем роль таких флуктуаций больше. Однако для макросистем закон не убывания энтропии абсолютен.

«Закон возрастания энтропии» 👇
Помощь эксперта по теме работы
Найти эксперта
Решение задач от ИИ за 2 минуты
Решить задачу
Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов
Найти
Пример 1

Задание: Пусть имеется теплоизолированный сосуд, разделенный на две части перегородкой. Объемы частей V1 и V2. В первой части находится ν1 молей идеального газа, во второй ν2 молей идеального газа. Температура в обеих частях сосуда одинакова и равна T. Перегородку убирают. Вычислите, как изменится энтропия газа (S) после установления равновесия.

Решение:

Так как система считается теплоизолированной, газы идеальные, то внутренняя энергия таких газов зависит только от температуры и при смешении газов не изменяется. Заменим имеющийся в условиях задачи неравновесный процесс, равновесным в котором, каждая часть газа, расширяясь, занимает объем V1+V2. В таком случае для сконструированного нами обратимого процесса можно записать:

S=(2)(1)dS=V1+V2V1pdVT+V1+V2V2pdVT(1.1),

так как

TdS=dU+pdV=pdV (dU=0 при T=const).

Используем уравнение Менделеева -- Клайперона для идеального газа, выразим pT, имеем:

 pV=νRT pT=νRV (1.2),

Подставим (1.2) в (1.1), получим:

S=V1+V2V1pdVT+V1+V2V2pdVT=ν1RV1+V2V1dVV+ν2RV1+V2V2dVV=ν1RlnV1+V2V1+ν2RlnV1+V2V2(1.3).
Пример 2

Задание: Процесс расширения одноатомного идеального газа в количестве ν молей происходит так, что давление растет прямо пропорционально объему. Найти приращение энтропии газа, если объем в процессе увеличивается в а -- раз.

Решение:

Процесс происходит с идеальным газом, следовательно, можем считать его обратимым и записать:

S=(2)(1)δQT (2.1).

Из первого начала термодинамики мы знаем, что:

δQ=dU+pdV=i2νRdT+pdV(2.2).

Подставим (2.2) в (2.1), получим:

S=i2νRT2T1dTT+(2)(1)pdVT(2.3).

Запишем уравнение Менделеева -- Клайперона для того, чтобы выразить pT, имеем:

pV=νRTpT=νRV (2.4).

Подставим (2.4) в (2.3), получим:

S=i2νRlnT2T1+νRV2V1dVV=i2нRlnT2T1+нRlnV2V1(2.5).

Отношение объемов нам известно из условий задачи: V2V1=a. Выразим отношение температур. Используем для этого уравнение Менделеева - Клайперона и заданное в условиях задачи уравнение процесса (p=bV), где b=const:

p1V1=νRT1 (2.6).
p2V2=νRT2 (2.7).

Разделим (2.7) на (2.6) и используем уравнение процесса:

T2T1=p2V2p1V1T2T1=bV22bV12=(V2V1)2(2.8).

Подставим (2.8) в (2.5), получим искомое изменение энтропии:

S=i2νRln(V2V1)2+νRlnV2V1=iνRln(a)+νRln(a)=νRln(a)(i+1)(2.7).

Ответ: Изменение энтропии в заданном процессе S=νRln(a)(i+1).

Дата последнего обновления статьи: 27.11.2024
Получи помощь с рефератом от ИИ-шки
ИИ ответит за 2 минуты
Все самое важное и интересное в Telegram

Все сервисы Справочника в твоем телефоне! Просто напиши Боту, что ты ищешь и он быстро найдет нужную статью, лекцию или пособие для тебя!

Перейти в Telegram Bot

Изучаешь тему "Закон возрастания энтропии"? Могу объяснить сложные моменты или помочь составить план для домашнего задания!

AI Assistant