Объяснение:
Второй закон термодинамики устанавливает критерии необратимости термодинамических процессов. Известно много формулировок второго закона, которые эквивалентны друг другу. Мы приведем здесь только одну формулировку, связанную с энтропией.
Существует функция состояния - энтропия S, которая обладает следующим свойством: , (4.1) где знак равенства относится к обратимым процессам, а знак больше - к необратимым.
Для изолированных систем второй закон утверждает: dS і 0, (4.2) т.е. энтропия изолированных систем в необратимых процессах может только возрастать, а в состоянии термодинамического равновесия она достигает максимума (dS = 0,
d 2S < 0).
Неравенство (4.1) называют неравенством Клаузиуса. Поскольку энтропия - функция состояния, ее изменение в любом циклическом процессе равно 0, поэтому для циклических процессов неравенство Клаузиуса имеет вид:
, (4.3)
где знак равенства ставится, если весь цикл полностью обратим.
Энтропию можно определить с двух эквивалентных подходов - статистического и термодинамического. Статистическое определение основано на идее о том, что необратимые процессы в термодинамике вызваны переходом в более вероятное состояние, поэтому энтропию можно связать с вероятностью:
, (4.4)
где k = 1.38 10-23 Дж/К - постоянная Больцмана (k = R / NA), W - так называемая термодинамическая вероятность, т.е. число микросостояний, которые соответствуют данному макросостоянию системы (см. гл. 10). Формулу (4.4) называют формулой Больцмана.
С точки зрения строгой статистической термодинамики энтропию вводят следующим образом:
, (4.5)
где G (E) - фазовый объем, занятый микроканоническим ансамблем с энергией E.
Термодинамическое определение энтропии основано на рассмотрении обратимых процессов:
. (4.6)
Это определение позволяет представить элементарную теплоту в такой же форме, как и различные виды работы:
Qобр = TdS, (4.7)
где температура играет роль обобщенной силы, а энтропия - обобщенной (тепловой) координаты.
Расчет изменения энтропии для различных процессов
Термодинамические расчеты изменения энтропии основаны на определении (4.6) и на свойствах частных производных энтропии по термодинамическим параметрам:
(4.8)
Последние два тождества представляют собой соотношения Максвелла (вывод см. в гл. 5).
1) Нагревание или охлаждение при постоянном давлении.
Количество теплоты, необходимое для изменения температуры системы, выражают с теплоемкости: Qобр = Cp dT.
(4.9)
Пример 4-3. Найдите изменение энтропии газа и окружающей среды, если n молей идеального газа расширяются изотермически от объема V1 до объема V2: а) обратимо; б) против внешнего давления p.
Объяснение:
Тест «Энергия. Потенциальная и кинетическая энергия»
1
а) =m·g·h
2.
в) сумма потенциальной и кинетической энергий.
3. Формула кинетической энергии движущегося тела имеет вид:
E=m*V^2 /2 = F*S
4. Механическая энергия остается постоянной для
в) замкнутой системы тел.
5. Шар массой 100 г движется со скоростью 10 м/с. Его кинетическая энергия равна
б) 5 Дж
6. Мяч находится на высоте 2 м от поверхности Земли. Его потенциальная энергия равна 4 Дж. Масса мяча равна
б) 0,2 кг;
7. Тело массой 5 кг находится на высоте 3 м от поверхности Земли. Его потенциальная энергия равна:
а) 150 Дж;
8. Кинетическая энергия пули массой 30 г равна 2400 Дж. С какой скоростью пуля вылетела из ствола?
а) 400 м/с;
9. Стакан с водой массой 250 г, стоящий на столе, обладает относительно пола потенциальной энергией 2 Дж. Какова высота стола?
в) 80 см.
10. Пуля вылетает из винтовки со скоростью 860 м/с. Ее кинетическая энергия равна 3698 Дж. Чему равна масса пули?
а) 10 г;
11. Деревянный и медный бруски одинакового объема находятся на одной высоте от поверхности Земли. Какой брусок обладает большей потенциальной энергией?
б) медный;
ΔP=m*V2 -m*V1=m*(*V2-V1)=2*10^6*(-5)=-10^7 кг*м/с