5.4 Теорема Нернста

Нернст дал возможность определить энтропию в любом состоянии, выбрав за точку отсчета абсолютный нуль.

Теорема Нернста:

При стремлении абсолютной температуры к нулю энтропия любого тела также стремится к нулю:

Согласно этой теореме энтропия любого тела при абсолютном нуле равна нулю. Тогда энтропия тела в состоянии с температурой Т имеет вид:

.

Например:

известна С_р как функция температуры, тогда:

.

5.5 Энтропия и вероятность. Философское значение второго закона термодинамики

Процессы, изучаемые термодинамикой, рассматриваются и статистической физикой. Это рассмотрение приводит к другим результатам, чем те, к которым приходит термодинамика.

Процессы, невозможные по второму закону (переход тепла от холодного тела к нагретому), в статистической физике являются не невозможными, а очень маловероятными.

Связь S с вероятностью w установлена Больцманом

Энтропия пропорциональна логарифму вероятности состояния или: Все процессы в природе протекают в направлении, приводящем к увеличению вероятности состояния.

Для малых количеств тепла второй закон не применим.

Законы термодинамики нельзя применять к микромиру. Все реальные макроскопические процессы, происходящие в земных условиях, сопровождаются увеличением энтропии той системы, в которой они происходят.

Формулировка Клаузиуса второго закона термодинамики:

энтропия мира стремится к максимуму.

Однако, как показано ранее, законы термодинамики нельзя применять к микромиру, так нельзя их обобщать и для явлений Вселенной.

Такое обобщение привело к представлению о так называемой «тепловой смерти» вселенной.

Суть «тепловой смерти»:

во всех частях Вселенной любые процессы сопровождаются тем, что некоторое количество энергии различных видов превращается в теплоту, а теплота переходит от нагретых тел к холодным, т.е. происходит выравнивание температур, а, следовательно, развитие природы ведет к прекращению развития: все виды энергии превращаются в теплоту и в ней находят свою смерть.

Тест к лекции№5

Тест 5.1. Какой физик-теоретик написал в 1850г. « Механическую теорию тепла»?

 Клаузиус

 Ньютон

 Больцман

 Эйнштейн

Тест 5.2. Какая из формул выражает энтропию?



 PV= vRT

 dQ=TdS

 dQ=dU+dA

Тест 5.3. Что определяет данная формула ?

 КПД

 Работа тепловой машины

 Погрешность

Энтропия

Тест 5.4. Какой элемент не присутствует в оборудовании двигателя Герона?

 Эолипил

 Вода

 Горелка

 Поршень

Тест 5.5. Кто сформулировал «Невозможен такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы превращение тепла в работу»?

 Планк

 Герон

 Менделеев

 Ван-дер Ваальс

Вопросы к разделу 5 «Процессы в газах»

1. Что предсказывает второе начало термодинамики?

2. Дайте формулировку второго начала по Клаузиусу.

3. Дайте формулировку второго начала по Планку.

4. Изобразите обобщенную схему идеальной тепловой машины.

5. Приведите формулировку Карно второго начала термодинамики.

6. Приведите формулировку Кельвина второго начала термодинамики.

7. Сформулируйте теорему Карно.

8. Приведите формулу для расчета КПД.

9. Перечислите оборудование для опыта 5.1 «Двигатель Герона».

10. Сформулируйте вывод из опыта 5.1 «Двигатель Герона».

11. Перечислите оборудование для опыта 5.2 «Двигатель Стирлинга».

12. Сформулируйте вывод из опыта 5.2 «Двигатель Стирлинга».

13. Перечислите оборудование для опыта 5.3 «Двигатель внутреннего сгорания».

14. Сформулируйте вывод из опыта 5.3 «Двигатель внутреннего сгорания».

15. Перечислите оборудование для опыта 5.4 «Паровой двигатель».

16. Сформулируйте вывод из опыта 5.4 «Паровой двигатель».

17. Сформулируйте теорему Клаузиуса.

18. Запишите равенство (неравенство) Клаузиуса.

19. Дайте определение энтропии.

20. Запишите формулу для расчета энтропии.

21. Чему равно приращение энтропии для обратимого кругового процесса.

22. Сформулируйте положение об энтропии изолированной системы при любых происходящих в ней процессах.

23. Сформулируйте три следствия положения об энтропии изолированной системы при любых происходящих в ней процессах.

24. Запишите формулу для изменения энтропии системы при обратном процессе, приводящем систему в состояние с одинаковой для обоих тел температурой T₀.

25. Запишите формулу, объединяющую первый и второй закон термодинамики.

26. Запишите формулу для расчета свободной энергии.

27. Какую часть внутренней энергии системы представляет свободная энергия?

28. Что называется связанной энергией системы?

29. Что определяет связанная энергия системы?

30. Сформулируйте теорему Нернста и запишите формулу.

31. Чему равна энтропия любого тела при абсолютном нуле?

32. Чему равна энтропия в состоянии с температурой T?

33. Приведите формулировку второго начала термодинамики с точки зрения статистической физики.

34. Запишите формулу и сформулируйте связь энтропии с вероятностью.

35. Приведите формулировку Клаузиуса второго начала термодинамики с точки зрения статистической физики.

36. В чем суть «тепловой смерти» Вселенной?