Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Ф изика термодинамика бля лекции и вопросы / OF3_4_Entropia_Vtoroe_nachalo_termodinamiki_min

.pdf
Скачиваний:
24
Добавлен:
16.04.2015
Размер:
1.09 Mб
Скачать

3.4. Энтропия. Второе началочало термодинамики

3.4.1.Энтропия

3.4.2.Второе начало термодинамики

3.4.3.Статистический смысл энтропии

3.4.4.Энтропия в обратимых и необратимых процессах

3.4.5.Закон возрастания энтропии

3.4.6.Границы применимости второго начала термодинамики. « Тепловая смерть» Вселенной

3.4.7.« Демон Максвелла»

3.4.8.Термодинамические потенциалы

3.4.9.Стандартные термодинамические величины

3.4.10.Третье начало термодинамики (теорема Нернста)

© А.В. Бармасов, 1998-2013

1

12+

 

3.4.1. Энтропия

Надо отличать общую внутреннюю энергию от той её части, которая может быть использована для получения работы при изотермическом процессе. Эту часть называют

свободной энергией (энергией Гельмгольца, изохорноизотермическим потенциалом) F.

Система не может совершить работу больше, чем её свободная энергия dW ≤ –d F. Знак неравенства относится к необратимому процессу, а знак равенства к обратимому. Заметим, что свободная энергия является функцией состояния системы, т. е. при переходе из одного состояния в другое изотермически и обратимо работа, совершённая системой, не зависит от пути перехода, а зависит только от начального и конечного состояний системы. Это прямо вытекает из того, что при обратимом изотермическом круговом процессе работа равна нулю.

Количество теплоты не является функцией состояния.

© А.В. Бармасов, 1998-2013

2

12+

 

Энтропия

(Entropy)

Особенность приведённой теплоты не изменяться при равновесных адиабатических процессах позволяет ввести новую термодинамическую функцию – энтропию. Она играет очень важную роль в физических процессах, в частности в процессах преобразования теплоты в работу.

© А.В. Бармасов, 1998-2013

3

12+

 

Равентство Клаузиуса

Для идеального обратимого кругового процесса

1a2b1 выполняется равенство Клаузиуса:

1a2b1δTQ = 0

Конечное приращение приведённой теплоты можно представить как сумму бесконечно малых приращений dTQ , тогда для цикла Карно выполняется равенство Клаузиуса (рабочее тело возвращается в исходное состояние).

© А.В. Бармасов, 1998-2013

4

12+

 

Энтропия

(Entropy)

Функцию состояния, полным дифференциалом которой является приведённая теплота, Клаузиус назвал энтропией S:

dS = dQrev ³ dQ

T T

Энтропия – функция состояния термодинамической системы, полный дифференциал которой равен бесконечно малому количеству теплоты δQ, полученному системой в идеальном обратимом процессе, делённому на температуру, при которой это количество теплоты передаётся системе.

© А.В. Бармасов, 1998-2013

5

12+

 

Интегральное определение энтропии

Энтропия системы есть функция её состояния, определённая с точностью до произвольной постоянной. Разность энтропий в двух равновесных состояниях 2 и 1, по определению, равна приведённой теплоте, которую надо сообщить системе, чтобы перевести её из состояния 1 в состояние 2 по любому квазистатическому пути.

Таким образом, получаем интегральное определение энтропии:

S2 S1 = δQ

1→2 T

Интегрирование здесь ведётся вдоль пути любого квазиравновесного процесса, связывающего состояния 1 и 2, при этом ∆S = S2 S1 не зависит от пути интегрирования.

© А.В. Бармасов, 1998-2013

6

12+

 

Дифференциальное определение энтропии

 

δQ

dS =

 

 

T квст

© А.В. Бармасов, 1998-2013

7

12+

 

Heat capacity CV, V constant (Теплоёмкость при постоянном объёме CV)

C = δQ

 

 

= ∂U

 

 

= T

∂S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

dT

 

 

∂T

 

 

 

∂T

 

 

 

 

V

 

V

 

 

V

 

 

 

 

© А.В. Бармасов, 1998-2013

8

12+

 

Heat capacity Cp, p constant (Теплоёмкость при постоянном давлении Cp)

C

p

= δQ

 

 

= ∂H

 

 

= T

∂S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dT

 

 

∂T

 

 

 

∂T

 

 

 

 

 

p

 

p

 

 

p

 

 

 

 

 

© А.В. Бармасов, 1998-2013

9

12+

 

3.4.2. Второе начало термодинамики

Изобретать вечный двигатель людей побуждает жажда бессмертия и недостатки образования.

Л.В. Шебаршин

Неучу всё представляется возможным.

К. Виланд

© А.В. Бармасов, 1998-2013

10

12+