ДЕ 5. Порядок и беспорядок в мире
5.2 Тема: Принцип возрастания энтропии
1. Одна из возможных формулировок второго закона термодинамики гласит, что …
энергия
изолированной системы с течением времени
количественно не меняется, а качественно
улучшается
Количественное постоянство полной энергии изолированной системы – это смысл первого закона термодинамики. Второй же закон, в одной из своих формулировок, утверждает, что качество энергетического запаса изолированной системы с течением времени обязано понижаться.
беспорядок в изолированной от внешнего мира системе неизбежно нарастает, а имеющиеся в ней структуры разрушаются
энтропия изолированной системы с течением времени не меняется, что бы в системе ни происходило
Энтропия – не энергия, для нее не существует закона сохранения. Второй закон термодинамики в самой общей формулировке утверждает, что энтропия изолированной системы непрерывно возрастает, пока система не достигнет равновесного состояния (в котором уже ничего не происходит).
беспорядок в любой открытой системе с течением времени нарастает, а имеющиеся в ней структуры разрушаются
В наиболее общей формулировке второй закон термодинамики утверждает, что существует такая физическая величина (энтропия), которая для изолированной системы непрерывно возрастает, пока система не достигнет равновесного состояния с максимально возможной энтропией.
Энтропия системы характеризует степень молекулярного беспорядка в ней: чем выше энтропия, тем ниже упорядоченность системы, тем меньше в ней упорядоченных структур.
Энтропия также характеризует с негативной стороны качество энергии: чем выше энтропия системы, тем ниже качество энергетического запаса системы, тем меньше можно произвести полезной работы за счет этого запаса. Именно поэтому для количественного определения энтропии используются закономерности тепловых процессов: тепловая энергия (то есть энергия беспорядочного движения молекул) обладает самым низким качеством среди всех форм энергии. В определенном смысле тепловая энергия служит эталоном низкокачественности, который позволяет количественно определить меру низкокачественности энергии – энтропию.
Обратите внимание: практически во всех своих многочисленных формулировках второй закон представляет собой утверждения о свойствах изолированной от внешнего мира системы.
2. С точки зрения термодинамики, возможно устройство, которое …
производит полезную работу 10 кДж, не потребляя энергии
Выбранное устройство являлось бы вечным двигателем первого рода, то есть нарушало бы первый закон термодинамики.
Производит полезную работу 2 кДж, сжигая для этого топливо с общей теплотворной способностью 10 кДж
производит полезную работу 10 кДж, сжигая для этого топливо с общей теплотворной способностью 10 кДж
Возможность выбранного устройства противоречила бы второму закону термодинамики, требующему, чтобы во всех природных процессах качество энергии понижалось. Тепловая энергия – низкокачественная, а работу легко превратить в равное количество высококачественной энергии (например, механической или электрической). Поэтому описанное устройство было бы вечным двигателем второго рода, «бесплатно» повышающим качество энергии.
производит полезную работу 10 кДж, сжигая для этого топливо с общей теплотворной способностью
Основные законы термодинамики – первый и второй – можно сформулировать как утверждения о физической невозможности устройств определенного типа (так называемых вечных двигателей). Например, первый закон термодинамики (закон сохранения энергии) утверждает невозможность вечного двигателя первого рода – гипотетического устройства, которое производило бы работы больше, чем потребляло энергии. Второй же закон термодинамики можно сформулировать как запрет на создание устройства, единственным результатом работы которого было бы превращение энергии одной формы в равное количество энергии более высокого качества, – например полное превращение тепловой энергии в механическую или такое же полное превращение тепловой энергии тела с низкой температурой в тепловую энергию тела с более высокой температурой.
9. Установите соответствие между началом и окончанием верного утверждения: 1) Энтропия изолированной системы … 2) Энтропия равновесной системы … 3) Энтропия открытой системы …
с
течением времени возрастает или остается
постоянной
может возрастать, убывать или оставаться постоянной
с течением времени строго убывает
не изменяется с течением времени
56. Установите соответствие между описанием устройства и возможностью его существования с точки зрения термодинамики: 1) устройство, не потребляющее энергии, но совершающее работу 2) устройство, полностью превращающее тепловую энергию в работу 3) устройство, превращающее тепловую энергию частично в работу, частично в тепловую энергию при более низкой температуре
невозможно, так как подобное устройство являлось бы вечным двигателем первого рода, нарушающим первый закон термодинамики
возможно, так как подобное устройство представляет собой обычную тепловую машину (например, двигатель внутреннего сгорания), не нарушающую законов термодинамики
невозможно, так как являлось бы вечным двигателем третьего рода, нарушающим третий закон термодинамики
невозможно, так как подобное устройство являлось бы вечным двигателем второго рода, нарушающим второй закон термодинамики
76. Установите соответствие между процессом взаимопревращения форм энергии и устройством, которое предназначено для осуществления этого процесса: 1) превращение химической энергии в электрическую 2) превращение механической энергии в тепловую 3) превращение тепловой энергии в механическую
тормозные колодки на колесах велосипеда
аккумулятор сотового телефона
дизельный двигатель автомобиля
электродвигатель бытового пылесоса
103. Установите соответствие между формулировками второго закона термодинамики и свойствами энтропии. 1. Невозможен процесс, единственным результатом которого служит превращение тепловой энергии в полезную работу. 2. Изолированная система с течением времени неизбежно переходит во все более однородное состояние. 3. Энтропия изолированной системы с течением времени стремится достичь максимально возможного значения.
Энтропия – мера беспорядка и бесструктурности.
Энтропия – мера некачественности энергии.
Энтропия – мера отсутствия информации.
Энтропия – измеряемая физическая величина.
108.
Процесс конденсации воды является
обратимым фазовым процессом, экзотермическим
по тепловому эффекту:
Н2О(г)
Н2О(ж).
Согласно
принципу Ле Шателье, сместить равновесие
в сторону образования жидкой воды можно
при …
введении
катализатора
Катализатор не влияет на состояние равновесия, не смещает его.
повышении давления
повышении температуры
Согласно принципу Ле Шателье, повышение температуры сместит равновесие в сторону процесса испарения воды, поскольку именно этот процесс является эндотермическим и идет с поглощением теплоты из внешней среды.
понижении температуры
187. Одно из основных свойств энтропии заключается в том, что …