Энтропия идеального газа
Энтропия обозначается
буквой S,
.
Основное уравнение для определения изменения энтропии
(3)
Энтропия характеризует наличие теплообмена между рабочим телом и окружающей средой. Если она изменяется, то есть теплообмен между рабочим телом и окружающей средой.
В расчетах используют не абсолютное значение энтропии, а изменение энтропии:
∆s = s 2 – s 1 . (4)
Для газов считают S=0 при нормальных условиях (р=101325 Па, Т=273К или р=760мм.рт.ст. и t = 00С).
Энтропия определяется любой парой ТД параметров состояния:
s = s 1 (p, v), s = s 2 (p, T), s = s 3 (v, T)
По характеру изменения энтропии в равновесном процессе можно судить о том, в каком направлении происходит теплообмен.
Если тело нагревается (∆ q > 0), то его энтропия возрастает (d s > 0).
Если тело охлаждается (∆ q < 0), то его энтропия убывает (d s < 0).
Если тепло не подводитсяк телу (∆ q = 0), то его энтропия постоянна (d s = 0).
Принцип существования энтропии формулируется как математическое выражение энтропии термодинамических систем в условиях обратимого течения процессов:
.
Принцип возрастания энтропии сводится к утверждению, что энтропия изолированных систем неизменно возрастает при всяком изменении их состояния и остается постоянной лишь при обратимом течении процессов:
.
Оба вывода о существовании и возрастании энтропии получаются на основе какого-либо постулата, отражающего необратимость реальных процессов в природе. Наиболее часто в доказательстве объединенного принципа существования и возрастания энтропии используют постулаты Р.Клаузиуса, В.Томпсона-Кельвина, М. Планка.
В действительности принципы существования и возрастания энтропии ничего общего не имеют. Физическое содержание: принцип существования энтропии характеризует термодинамические свойства систем, а принцип возрастания энтропии – наиболее вероятное течение реальных процессов. Математическое выражение принципа существования энтропии – равенство, а принципа возрастания – неравенство. Области применения: принцип существования энтропии и вытекающие из него следствия используют для изучения физических свойств веществ, а принцип возрастания энтропии – для суждения о наиболее вероятном течении физических явлений. Философское значение этих принципов также различно.
В связи с этим принципы существования и возрастания энтропии рассматриваются раздельно и математические выражения их для любых тел получаются на базе различных постулатов.
Вывод о существовании абсолютной температуры T и энтропии s как термодинамических функций состояния любых тел и систем составляет основное содержание второго закона термодинамики и распространяется на любые процессы – обратимые и необратимые.
Тепловая диаграмма (ts-диаграмма)
В инженерной практике используется графическая зависимость Т(s), которая позволяет в Т, s –координатах изображать количество подведенной к системе (или отведенной) теплоты в обратимом процессе в виде площади под кривой процесса, т.е.
,
площадь 1-2- s 2 – s 1
(5)
В TS-диаграмме состояние тела изображается точкой «·», а всякий обратимый процесс – непрерывной линией.
Рисунок 1 – Тепловая диаграмма
Так как энтропия – есть функция состояния произвольной термодинамической системы, то каждое её состояние отображается точкой на плоскости Т, s.