ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Расчет изменения энтропии для различных процессовОсновными процессами в термодинамике являются: · изохорный, протекающий при постоянном объеме; · изобарный, протекающий при постоянном давлении; · изотермический, происходящий при постоянной температуре; · адиабатный, при котором теплообмен с окружающей средой отсутствует. Изохорный процесс При изохорном процессе выполняется условие V = const. Из уравнения состояния идеального газа (pV = RT) следует: p / T = R / V = const, т. е. давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре: p2 / p1 = T2 / T1. Изменение энтропии в изохорном процессе определяется по формуле: s2 – s1 = Δ s = cv ln (p2 / p1) = cv ln (T2 / T1) Изобарный процесс Изобарным называется процесс, протекающий при постоянном давлении p = const. Из уравнения состояния идеального газа следует: V / T = R / p = const. Изменение энтропии будет равно: s2 – s1 = Δ s = cp ln (T2 / T1).
Изотермический процесс При изотермическом процессе температура рабочего тела остается постоянной T = const, следовательно: pV = RT = const Изменение энтропии равно: s2 – s1 = Δ s = R ln(p1/p2) = R ln(V2 / V1). Адиабатный процесс Адиабатным называется процесс изменения состояния газа, который происходит без теплообмена с окружающей средой (Q = 0). Уравнение кривой адиабатного процесса (адиабаты) в p-V диаграмме имеет вид: pV k = const. В этом выражении k носит название показателя адиабаты (так же ее называют коэффициентом Пуассона). Изменение энтропии равно: Δ S = S2 – S1 = 0, т.е. S2= S1. Фазовые переходы При обратимом фазовом переходе температура остается постоянной, а теплота фазового перехода при постоянном давлении равна H фп, поэтому изменение энтропии равно: . При плавлении и кипении теплота поглощается, поэтому энтропия в этих процессах возрастает: S тв < S ж < S г. При этом энтропия окружающей среды уменьшается на величину S ф.п., поэтому изменение энтропии Вселенной равно 0, как и полагается для обратимого процесса в изолированной системе. Второе начало термодинамики и «тепловая смерть Вселенной» Клаузиус, рассматривая второе начало термодинамики, пришёл к выводу, что энтропия Вселенной как замкнутой системы стремится к максимуму, и в конце концов во Вселенной закончатся все макроскопические процессы. Это состояние Вселенной получило название «тепловой смерти» – общемирового хаоса, в котором невозможен более никакой процесс. С другой стороны, Больцман высказал мнение, что нынешнее состояние Вселенной – это гигантская флуктуация, из чего следует, что большую часть времени Вселенная все равно пребывает в состоянии термодинамического равновесия («тепловой смерти»). По мнению Ландау, ключ к разрешению этого противоречия лежит в области общей теории относительности: поскольку Вселенная является системой, находящейся в переменном гравитационном поле, закон возрастания энтропии к ней неприменим. Поскольку второе начало термодинамики (в формулировке Клаузиуса) основано на предположении о том, что Вселенная является замкнутой системой, возможны и другие виды критики этого закона. В соответствии с современными физическими представлениями мы можем говорить лишь о наблюдаемой части Вселенной. На данном этапе человечество не имеет возможности доказать ни то, что Вселенная есть замкнутая система, ни обратное. Измерение энтропии В реальных экспериментах очень трудно измерить энтропию системы. Техники измерения базируются на термодинамическом определении энтропии и требуют экстремально аккуратной калориметрии. Для упрощения мы будем исследовать механическую систему, термодинамические состояния которой будут определены через её объем V и давление P. Для измерения энтропии определенного состояния мы должны сперва измерить теплоёмкость при постоянных объёме и давлении (обозначенную CV и CP соответственно), для успешного набора состояний между первоначальным состоянием и требуемым. Тепловые ёмкости связаны с энтропией S и с температурой T согласно формуле: где нижний индекс X относится к постоянным объёму и давлению. Мы можем проинтегрировать для получения изменения энтропии:
Таким образом, мы можем получить значение энтропии любого состояния (P, V) по отношению к первоначальному состоянию (P 0, V 0). Точная формула зависит от нашего выбора промежуточных состояний. Для примера, если первоначальное состояние имеет такое же давление, как и конечное состояние, то
. В добавление, если путь между первым и последним состояниями лежит сквозь любой фазовый переход первого рода, скрытая теплота, ассоциированная с переходом, должна также учитываться. Энтропия первоначального состояния должна быть определена независимо. В идеальном варианте выбирается первоначальное состояние как состояние при экстремально высокой температуре, при которой система существует в виде газа. Энтропия в этом состоянии подобна энтропии классического идеального газа плюс взнос от молекулярных вращений и колебаний, которые могут быть определены спектроскопически.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|