Самодовільних процесів. Ентропія

Два методи визначення можливості і напрямку

Перший метод – метод факторів інтенсивності. Інтенсивними факторами можуть бути тиск, температура тощо. За цим методом самодовільні процеси можуть проходити в напрямку вирівнювання певного фактора інтенсивності. Рівновазі відповідає однакове значення цього фактора у всіх частинах системи.

Метод факторів інтенсивності є обмеженим. Він не придатний для визначення напрямку процесів в однорідних системах, де фактори інтенсивності однакові, наприклад, в хімічних реакціях.

Більш загальним є метод термодинамічних функцій. Він полягає в тому, що для конкретних умов існування певної термодинамічної системи підбирається термодинамічна функція стану системи, яка при протіканні самодовільного процесу збільшується (або зменшується) і в стані рівноваги досягає екстремального значення.

Клаузіус показав, що для ізольованихсистем такою функцією може бути ентропія (S).

Ентропіясистеми – це функція стану системи, диференціал якої (dS) для елементарного рівноважного (оборотного) процесу дорівнює відношенню нескінченно малої кількості теплоти (dQ), поглинутою системою, до абсолютної температури системи

. (4.1)

Для нерівноважного (необоротного, самодовільного) процесу

. (4.2)

Ентропія залежить від хімічної природи речовин і температури. Згідно з постулатом Планка, ентропія індивідуальної кристалічної речовини при абсолютному нулі дорівнює нулю: S_о = 0. Із зростанням температури ентропія збільшується, а при фазових перетвореннях збільшується стрибкоподібно. Ентропію речовини при стандартних умовах позначають . Для багатьох речовин стандартна ентропія визначена і наводиться у довідниках (табл. Д.2). Одиницею вимірювання ентропії є Дж/(моль×К).

Для ізольованих систем, де відсутній обмін теплотою з навколишнім середовищем, dQ = 0. Тоді з рівнянь (4.1-4.2) випливає, що для оборотних процесів dS = 0 (тобто ентропія стала), а для необоротних, самодовільних процесів dS > 0 (тобто ентропія у ході процесу зростає).

Таким чином, визначивши зміну ентропії при процесі, можна робити висновок про напрямок процесу. Враховуючи, що ентропія – функція стану системи і dS є повним диференціалом ентропії, можна сформулювати правила визначення напрямку процесів:

- якщо DS > 0(ентропія зростає), то процес протікає самодовільно;

- якщо DS < 0(ентропія зменшується), то прямий процес самодовільно не проходить. Самодовільно протікає зворотний процес;

- якщо DS = 0(ентропія не змінюється), то система знаходиться у стані рівноваги.

За допомогою поняття ентропії можна об'єднати перший і другий закони термодинаміки.

З другого закону термодинаміки випливає, що

Звідси dS £ T×dS. Підставимо це значення в рівняння першого закону - dQ = dU + dW і одержимо:

Т×dS ³ dU + dW

або

Т×dS - dU ³ dW. (4.3)

З рівняння (4.3) видно, що максимальна робота має місце лише при оборотних процесах (теплота у цьому разі мінімальна).Для необоротних процесів, навпаки, теплота максимальна, а робота мінімальна.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Загальні положення. Формулювання закону	\|	Методи розрахунків ентропії речовин і зміни ентропії

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.