V-kosmose.com

Что такое энтропия?

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.


Понравилась статья? Расскажи друзьям!