Физика > Что такое энтропия?
Читайте определение и значение энтропии в термодинамике: изменение энтропии в обратимом процессе, формулировка и формулы, цикл Карно, уравнения, обратимость.
Энтропия – мера беспорядка системы и недоступности энергии для осуществления работы.
Задача обучения
- Определить изменение энтропии в системе с обратимым процессом.
Основные пункты
- Соотношение Q/T – изменение энтропии ΔS для обратимого процесса: ΔS = (Q/T)rev.
- Изменение энтропии (ΔS) между двумя состояниями остается таким же.
- Полное изменение энтропии для системы с обратимым процессом приравнивается к нулю.
Термины
- Обратимость – способность вернуться в начальное состояние без применения свободной энергии и увеличения энтропии.
- Цикл Карно – теоретический процесс в термодинамике.
Определение энтропии
Само определение энтропии можно вывести из механизма Карно. Для цикла и любых обратимых процессов: Qc/Qh = Tc/Th. Из перестановки терминов получаем Qc/Tc = Qh/Th (Qc и Qh – абсолютные значения теплоотдачи при температурах Tc и Th). Отношение Q/T – изменение энтропии ΔS для обратимого процесса:
ΔS = (Q/T)rev,
(Q – теплопередача, выступающая положительной для переноса тепла и отрицательной для теплопередачи, а T – абсолютная температура для обратимого процесса).
Единица энтропии – Дж/К. Если во время процесса в температуре происходят изменения, то Т – средняя температура и не нуждается в применении ΔS.
Использование ΔS оправдывается только в обратимых процессах, например, в двигателе Карно. Но для реальных механизмов ΔS можно опустить. Дело в том, что энтропия зависит исключительно от состояния системы. Она останется одинаковой и не зависит от того, как именно произошло изменение. Нам всего лишь необходимо отыскать обратимый процесс и вычислить ΔS.
Когда система меняет состояние, энтропия меняется на ту же величину ΔS, независимо от того, был ли это обратимый или необратимый процесс
Пример
Давайте взглянем на изменения в двигателе Карно и его тепловых резервуарах в полноценном цикле. Горячий резервуар теряет энтропию: ΔSh = -Qh/Th. У холодного коэффициент – ΔSc = Qc/Tc. Выходит, что полное изменение энтропии:
Здесь используются исключительно обратимые изотермические и адиабатические процессы. Теплообмен Qh поступает в рабочее вещество в период изотермического пути АВ при стабильной температуре Th. Теплопередача осуществляется во время изотермического пути CD при температурной отметке Tc. Тогда W равно площади внутри пути – ABCDA. Также отображена схема двигателя Карно, функционирующего между горячими и прохладными резервуарами при показателях Th и Tc
ΔStot = ΔSh + ΔSc.
Мы знаем, что Qh/Th = Qc/Tc для двигателя Карно, поэтому:
ΔStot = -Qh/Th + Qc/Tc = 0.
Это значит, что полное изменение энтропии в любом обратимом процессе приравнивается к нулевому показателю.
Раздел Физика |
|||||
Введение | |||||
Первый закон термодинамики | |||||
Второй закон термодинамики | |||||
Энтропия | |||||
Третий закон термодинамики |