27 Второе начало термодинамики. Понятие энтропии

Второе начало термодинамики определяет направленность самопроизвольных процессов в природе и математически выражается с использованием понятия энтропия

Понятие энтропии- понятие энтропии ввел Клаузиус в 1865 на основе аназира работы тепловых машин

Тепловая машина преобразует тепловую энергию в механическую и может

Функционировать лишь при условии обмена теплом с двумя источниками различной температуры

Термодинамическое определение энтропии-

Величина S=Q/T или приведенная теплота, была названа энтропией.эта величина является функцией состояния термодинамической системы.в изолированных системах ее изменение

дельтаS=0(для обратимых процессов) и дельтаS>0(для необратимых)

Закон возрастания энтропии и ее однонаправленость процессов в природе

В термодинамике было показано ,что все реальные самопроизвольные процессы в изолированных(не обменивающихся энергией и веществом с окружающей средой) системах необратимые .поэтому энтропия такой системы может только возрастать

Это указывает на однонаправленость всех процессов в таких системах

Обратимый процесс (маятник) дельтаS=0

Необратимые процессы

Диффузия- протекает только в одну сторону -в сторону увеличения энтропии

Теплопередача-(дельтаS>0)-всегда переходит от более нагретого тела к более холодному. Самопроизвольный обратный процесс невозможен

Расширение газа необратимый процесс,в результате которого энтропия возрастает

Статистическое определение энтропии

Вероятностное толкование понятия энтропии было дано в статистическои физике Людвигом Больцманом.Для этого было введено понятие термодинамической вероятности (W) данного состояния некоторой системы

Термодинамическая вероятность означает число возмодных микроскопическиз сотояний реализующих определенное макроскопическое состояние данной системы

Энтропия термодинамического состояния системы определяется через термодиамическую вероятность как :S=k*lnW,где k=

1.38*10^-23Дж/К- постоянная Больцмана

В статистической термодинамике энтропия не только физическая величина, характеризующая направленность в процессов в природе,но и мера беспорядка и хаоса в система состоящей из множества частиц

В изолированнои система рост энтропии приводит к увеличению хаоса

Максимальному хаосу(или максимальной величине энтропии)соответствует в такои системе состояние термодинамического равновесия

28Основы молекулярно-кинетической теории. Идеальный газ. Основные уравнения мкт.

Молекулярно- кинетическая теория

В основе молекулярно кинетической теории лежит модель идеального газа: совокупность не связанных, хаотически движущихся материальных точек, абсолютно упруго сталкивающихся друг с другом и со стенками сосуда

Для описания теплового движения в неи использовались средние значения параметров движения этих точек и применялись законы классической механики

Основное управление кинетичекой теории газов

В результате было получено уравнение связывающее между собой давление P и объем V

PV=(2/3)*N*E_cр

Где N-количество молекул газа в данном объеме, а Е_ср- средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул идеального газа

Е_ср=(m*v²_cр)/2

V²_cр= среднии квадрат скорости молекул газа

Температура и внутренняя энергия идеального газа

Сравнение основного уравнения кинетической теории с уравнением состояния идельного газа,полученного в термодинамике, дает объяснение смысла температуры

Температура-мера средней кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа

E_cp=(3/2)kt,к -постоянная величина Больцмана

К=1,38*10^*-23 Дж/к

Внутренняя энергия-суммарная средняя кинетическая энергия поступательного движения всех молекул идеальнго газа находящихся в данном объеме

∑E_ср=N*(3/2)kt,где N-количество молекул газа

Следовательно температура зависит только от средней кинетической энергии молекул(их массы и квадрата средней скорости),а внутренняя энергия еще и от количества молекул(т.е массы газа в данном объеме)

Противоречие между классической физикой и термодинамикой

Успешно объяснив практически все понятия термодинамики, молекуляно-кинетическая теория не смогла, однако дать объяснения однонаправленности процессов:закон возрастания энтропии не следовал ни из одного закона классической механики.

С позиции классической физики, процесс обратный, например,расшиению газа(газ самопроизвольно собирается в одной половине объема)не нарушал ни одного закона классической механики

Объяснение энтропии и закона ее возрастания было дано в статистической физике

Термодинамическая вероятность означает число возможных микроскопических состоянии системы реализующих определенное макроскопическое состояние данной системы