Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Энтропия. Обратимся к модели самопроизвольного необратимого превращения энергии на примере механической модели




Обратимся к модели самопроизвольного необратимого превращения энергии на примере механической модели, предложенной Эткинсом (рис. 44).

Потенциальная энергия падающего тела превращается в энергию движения микрочастиц поверхности пола. Энергия системы остается постоянной, происходит лишь ее перераспределение. Обратный процесс перемещения тела из состояния 2 в состояние 1 невозможен. Тело самопроизвольно не вернется в исходное состояние, т.к. частицы, расположенные на поверхности пола, рассеяли полученную энергию по всей поверхности пола в результате межмолекулярных соударений.

 

Рис. 44. Модель рассеяния энергии (увеличения беспорядка) в результате падения шарика на поверхность пола. Цифрами обозначены: 1 - начальное, 2 - конечное состояние системы. Стрелки указывают направление самопроизвольного (необратимого) процесса. Система изолирована от окружающей среды

 

Обычно математическое выражение второго закона термодинамики дается на примере цикла Карно или выводится с использованием принципа Каратеодори.

Мы ограничимся следующим уравнением второго закона термодинамики

, (4.22)

принимая его как закон, который, как и любой фундаментальный закон, не выводится.

Для термодинамически равновесного (обратимого) процесса уравнение (4.22) принимает вид:

dSобр. (4.23)

В термодинамически неравновесном (необратимом) процессе

dSнеобр. . (4.24)

Изменение энтропии как критерий направления процесса применим к изолированным системам. Так как изолированная системане обменивается энергией с окружающей средой, для нее dQ = 0 и, соответственно, для состояния термодинамического равновесия в изолированной системе

 

dSсист. = 0 (4.25)

для необратимого процесса, протекающего в изолированной системе

dSсист. > 0. (4.26)

Одна из формулировок второго закона термодинамики гласит: любой необратимый процесс характеризуется увеличением энтропии изолированной системы (dSсист.>0) и любой обратимый процесс характеризуется неизменностью энтропии изолированной системы (dSсист.=0).

На примере изолированной системы, состоящей из горячего и холодного тел (рис. 45), покажем, что процессы обмена энергией в форме теплоты между телами сопровождаются ростом энтропии. Изменение энтропии системы равно сумме изменений энтропии входящих в состав данной системы тел.

dSсист. = dS1+ dS2 или

dSсист. . (4.27)

Горячее тело при Т1 обменивает с холодным телом, находящимся при температуре Т2, бесконечно малое количество энергии. Количество теплоты δQ настолько малое, что температура тел практически не меняется и Т1 >> Т2.

 

 

Рис. 45. Обмен энергией горячего (Т1) и холодного (Т2) тел в изолированной системе

 

В соответствии с принятой в термодинамике шкалой δQ < 0 для горячего тела и δQ > 0 для холодного. Следовательно, в уравнении (4.27) отношение , а . По абсолютной величине , следовательно

>0.

Таким образом, только самопроизвольные процессы передачи тепла от горячего тела к холодному протекают в изолированной системе.

 







Дата добавления: 2014-10-22; просмотров: 337. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.006 сек.) русская версия | украинская версия