Định luật thứ hai của nhiệt động lực học thiết lập các tiêu chí cho tính không thuận nghịch của các quá trình nhiệt động lực học. Có nhiều công thức của định luật thứ hai tương đương với nhau. Chúng tôi trình bày ở đây chỉ một công thức liên quan đến entropy.

Hiện hữu chức vụ Tiểu bang- Sự hỗn loạn S, có thuộc tính sau:, (4.1) trong đó dấu bằng đề cập đến các quá trình có thể đảo ngược và dấu lớn hơn đề cập đến các quá trình không thể đảo ngược.

Đối với các hệ thống biệt lập, luật thứ hai tuyên bố: dS i 0, (4.2) tức là entropi của các hệ cô lập trong các quá trình không thuận nghịch chỉ có thể tăng lên và ở trạng thái cân bằng nhiệt động lực học nó đạt cực đại ( dS = 0,
d 2 S < 0).

Bất đẳng thức (4.1) được gọi là Bất đẳng thức Clausius. Vì entropy là một hàm trạng thái, sự thay đổi của nó trong bất kỳ quá trình tuần hoàn nào bằng 0, do đó, đối với các quá trình tuần hoàn, bất đẳng thức Clausius có dạng:

trong đó dấu bằng được đặt nếu cả chu kỳ là hoàn toàn thuận nghịch.

Entropy có thể được xác định bằng hai cách tiếp cận tương đương - thống kê và nhiệt động lực học. Định nghĩa thống kê dựa trên ý tưởng rằng các quá trình không thể đảo ngược trong nhiệt động lực học được gây ra bởi sự chuyển đổi sang một trạng thái có thể xảy ra hơn, vì vậy entropy có thể liên quan đến xác suất:

ở đâu k= 1,38 10 -23 J / K - Hằng số Boltzmann (k = R / N MỘT) W- cái gọi là xác suất nhiệt động lực học, tức là số lượng trạng thái vi mô tương ứng với một trạng thái vĩ mô nhất định của hệ thống (xem Chương 10). Công thức (4.4) được gọi là Công thức Boltzmann.

Theo quan điểm của nhiệt động lực học thống kê chặt chẽ, entropy được giới thiệu như sau:

nơi G ( E) là thể tích pha được chiếm bởi tổ hợp vi mô có năng lượng E.

Định nghĩa nhiệt động lực học entropy dựa trên việc xem xét các quá trình thuận nghịch:

Định nghĩa này cho phép chúng ta biểu diễn nhiệt nguyên tố dưới dạng giống như các dạng công việc khác nhau:

Q arr = TdS, (4.7)

trong đó nhiệt độ đóng vai trò của một lực tổng quát, và entropi đóng vai trò của một tọa độ tổng quát (nhiệt).

Tính toán sự thay đổi entropy cho các quá trình khác nhau

Các tính toán nhiệt động học của sự thay đổi trong entropi dựa trên định nghĩa (4.6) và dựa trên các tính chất của đạo hàm riêng của entropy liên quan đến các thông số nhiệt động lực học:

(4.8)

Hai danh tính cuối cùng là Quan hệ của Maxwell(xem phần dẫn xuất trong Chương 5).

1) Sưởi ấm hoặc làm mát ở áp suất không đổi.

Nhiệt lượng cần thiết để thay đổi nhiệt độ của hệ thống được biểu thị bằng nhiệt dung: Q arr = C p dT.

(4.9)

Nếu nhiệt dung không phụ thuộc vào nhiệt độ trong khoảng thời gian từ T 1 đến T 2, thì phương trình (4.8) có thể được tích hợp:

Nếu sự thay đổi nhiệt độ xảy ra ở một thể tích không đổi, thì trong công thức (4.9) và (4.10) Cp nên được thay thế bằng C V

2) Sự giãn nở hoặc co lại đẳng nhiệt.

Để tính toán entropy trong trường hợp này, bạn cần biết phương trình trạng thái của hệ thống. Tính toán dựa trên việc sử dụng quan hệ Maxwell:

(4.11)

Đặc biệt, đối với sự giãn nở đẳng nhiệt của khí lý tưởng ( P = nRT / V)

Kết quả tương tự có thể nhận được bằng cách sử dụng biểu thức cho nhiệt của sự giãn nở thuận nghịch đẳng nhiệt của khí lý tưởng: Q arr = nRT ln ( V 2 /V 1) .

3) Chuyển pha.

Với sự chuyển pha thuận nghịch, nhiệt độ không đổi và nhiệt của quá trình chuyển pha ở áp suất không đổi là H fp, do đó sự thay đổi trong entropy là:

(4.13)

Trong quá trình nóng chảy và sôi, nhiệt bị hấp thụ, do đó entropi trong các quá trình này tăng lên: S TV< Sổn< S d.Trong trường hợp này, entropi của môi trường giảm đi giá trị S f.p. , do đó sự thay đổi trong entropy của Vũ trụ là 0, như dự đoán đối với một quá trình thuận nghịch trong một hệ cô lập.

4) Sự trộn lẫn các khí lý tưởng ở nhiệt độ và áp suất không đổi.

Nếu một N 1 mol khí chiếm thể tích V 1, trộn với N 2 mol khí khác chiếm thể tích V 2, khi đó tổng khối lượng sẽ bằng V 1 + V 2, và các chất khí nở ra độc lập với nhau và tổng sự thay đổi entropi bằng tổng những thay đổi trong entropi của mỗi khí:

ở đâu x tôi- phân số mol tôi khí thứ trong hỗn hợp khí thu được. Sự thay đổi trong entropy (4,14) luôn luôn dương, bởi vì tất cả x tôi < 0, поэтому идеальные газы всегда смешиваются необратимо.

Nếu ở cùng điều kiện, hai phần của cùng một chất khí được trộn lẫn thì phương trình (4.14) không còn áp dụng được nữa. Không có thay đổi nào trong hệ thống trong quá trình trộn, và S= 0. Tuy nhiên, công thức (4.14) không chứa bất kỳ thông số riêng lẻ nào của khí, do đó, có vẻ như nó sẽ áp dụng được cho việc trộn lẫn các khí giống nhau. Sự mâu thuẫn này được gọi là Nghịch lý Gibbs.

Entropy tuyệt đối

Không giống như nhiều hàm nhiệt động lực học khác, entropy có một điểm tham chiếu, được cho bởi Định đề Planck (định luật thứ ba của nhiệt động lực học):

Ở độ không tuyệt đối T= 0 K tất cả các tinh thể lý tưởng
có cùng entropy bằng không.

Khi nhiệt độ có xu hướng về 0 tuyệt đối, không chỉ entropi có xu hướng về 0, mà còn dẫn xuất của nó đối với tất cả các thông số nhiệt động lực học:

(x = P, V). (4.15)

Điều này có nghĩa là gần độ không tuyệt đối, tất cả các quá trình nhiệt động học đều tiến hành mà không có sự thay đổi entropi. Câu lệnh này được gọi là định lý Nernst nhiệt.

Định đề Planck cho phép chúng tôi đưa ra khái niệm entropy tuyệt đối chất, tức là entropy được đếm từ 0 tại T= 0. Để tính entropi tuyệt đối của các chất ở trạng thái chuẩn cần biết phụ thuộc vào nhiệt dung. Cp về nhiệt độ của mỗi pha, cũng như nhiệt độ và entanpi của các chuyển pha. Vì vậy, ví dụ, entropi tuyệt đối của một chất khí ở trạng thái tiêu chuẩn ở nhiệt độ T bao gồm các thành phần sau:

Bảng nhiệt động lực học thường cho giá trị entropy tuyệt đối ở trạng thái chuẩn ở nhiệt độ 298 K.

Giá trị của entropi tuyệt đối của các chất được dùng để tính sự thay đổi entropi trong các phản ứng hóa học:

. (4.17)

VÍ DỤ

Ví dụ 4-1. Xác định sự phụ thuộc của entropi vào thể tích đối với hệ nhiệt động lực học, được mô tả bằng phương trình trạng thái (đối với một mol)

Quyết định.

Tích hợp đẳng thức này, chúng tôi tìm thấy sự phụ thuộc của entropy vào khối lượng:

ở đâu hăng sô sự phụ thuộc của nhiệt độ.

Ví dụ 4-2. Tính sự thay đổi entropi khi nung 0,7 mol lưu huỳnh đơn chức từ 25 đến 200 o C ở áp suất 1 atm. Nhiệt dung mol của lưu huỳnh là:

C p (S tv) \ u003d 23,64 J / (mol. K),
Cp(S w) \ u003d 35,73 + 1,17. 10 -3. T J / (mol. K).

Nhiệt độ nóng chảy của lưu huỳnh đơn chức là 119 o C, nhiệt dung riêng của phản ứng tổng hợp là 45,2 J / g.

Quyết định. Sự thay đổi tổng thể trong entropi bao gồm ba thành phần: 1) nung nóng lưu huỳnh rắn từ 25 đến 119 ° C, 2) nóng chảy, 3) nung nóng lưu huỳnh lỏng từ 119 đến 200 ° C.

4,54 J / K.

2,58 J / K.

S = S 1 + S 2 + S 3 = 11,88 J / K.

Trả lời. 11,88 J / K.

Ví dụ 4-3. Tìm sự thay đổi entropi của khí và môi trường nếu N số mol của một khí lý tưởng nở ra đẳng nhiệt với thể tích V 1 đến âm lượng V P.

Quyết định. a) Sự thay đổi entropi của một chất khí trong quá trình giãn nở đẳng nhiệt thuận nghịch có thể được tìm thấy bằng cách sử dụng định nghĩa nhiệt động lực học của entropi với phép tính nhiệt của sự giãn nở theo định luật thứ nhất:

.

Vì sự giãn nở là thuận nghịch nên tổng sự thay đổi entropi của vũ trụ bằng 0, do đó sự thay đổi entropi của môi trường bằng sự thay đổi entropi của chất khí có dấu ngược lại:

.

b) Entropy là một hàm của trạng thái, vì vậy sự thay đổi entropi của hệ không phụ thuộc vào cách thực hiện quá trình - thuận nghịch hay không thể đảo ngược. Sự thay đổi entropi của một chất khí trong quá trình giãn nở không thuận nghịch so với áp suất bên ngoài sẽ giống như trong quá trình giãn nở thuận nghịch. Một điều khác là entropi của môi trường, có thể được tìm thấy bằng cách tính toán, sử dụng định luật thứ nhất, nhiệt lượng truyền cho hệ:

.

Trong kết quả này, chúng tôi đã sử dụng thực tế rằng U= 0 (nhiệt độ không đổi). Công do hệ thực hiện trước áp suất bên ngoài không đổi bằng: Một = P(V 2 -V 1), và nhiệt được môi trường chấp nhận bằng công do hệ thực hiện, ngược dấu.

Tổng độ thay đổi entropi của khí và môi trường lớn hơn 0 là:

,

như mong đợi cho một quá trình không thể đảo ngược.

Ví dụ 4-4. Tính sự thay đổi entropi của 1000 g nước do nó bị đóng băng ở -5 ° C. Nhiệt của phản ứng tổng hợp nước đá ở 0 ° C là 6008 J / mol. Nhiệt dung của nước đá và nước lần lượt là 34,7 và 75,3 J / (mol K). Giải thích tại sao entropi giảm trong quá trình đóng băng, mặc dù quá trình này là tự phát.

Quyết định. Quá trình đóng băng không thể đảo ngược ở nhiệt độ -5 ° C có thể được biểu diễn như một chuỗi các quá trình thuận nghịch: 1) đun nóng nước từ
-5 o C đến điểm đóng băng (0 o C); 2) đóng băng nước ở 0 ° C; 3) làm mát bằng đá từ 0 đến -5 ° C:

Sự thay đổi entropi trong quá trình thứ nhất và thứ ba (khi nhiệt độ thay đổi) được tính theo công thức (4.9):

77,3 J / K.

-35,6 J / K.

Sự thay đổi entropi trong quá trình thứ hai được tính như đối với sự chuyển pha thông thường (4.13). Chỉ cần ghi nhớ rằng nhiệt thoát ra trong quá trình đóng băng:

-1223 J / K.

Tại vì entropy là một hàm trạng thái, tổng thay đổi trong entropy bằng tổng của ba quá trình sau:

S = S 1 + S 2 + S 3 = -1181 J / K.

Entropy giảm trong quá trình đông lạnh, mặc dù quá trình này là tự phát. Điều này là do thực tế là nhiệt được tỏa ra môi trường và entropi của môi trường tăng lên, và mức tăng này lớn hơn 1181 J / K, do đó entropy của Vũ trụ tăng khi nước đóng băng, như mong đợi trong một quá trình không thể đảo ngược.

Trả lời. -1181 J / K.

NHIỆM VỤ

4-1. Cho ví dụ về một quá trình nhiệt động học có thể thực hiện thuận nghịch và không thuận nghịch. Tính sự thay đổi entropi của hệ và môi trường trong cả hai trường hợp.

4-2. Kiểm tra bất đẳng thức Clausius cho quá trình tuần hoàn được trình bày trong Bài toán 2.14.

4-3. Tính entropi mol của neon ở 500 K nếu ở 298 K và cùng thể tích, entropi của neon là 146,2 J / (mol K).

4-4. Tính sự thay đổi entropi khi 11,2 lít nitơ được nung nóng từ 0 đến 50 o C và đồng thời giảm áp suất từ ​​1 atm đến 0,01 atm.

4-5. Một mol heli ở 100 o C và 1 atm được trộn với 0,5 mol neon ở 0 o C và 1 atm. Xác định sự thay đổi của entropi nếu áp suất cuối cùng là 1 atm.

4-6. Tính sự thay đổi entropi trong quá trình tạo thành 1 m 3 không khí từ nitơ và oxy (20% thể tích) ở nhiệt độ 25 ° C và áp suất 1 atm.

4-7. Ba mol của một khí lý tưởng ( C V = 3,0 cal / (mol. K)), đặt tại T 1 = 350 K và P 1 = 5,0 atm, giãn nở thuận nghịch và đoạn nhiệt theo áp suất P 2 = 1,0 atm. Tính nhiệt độ và thể tích cuối cùng, cũng như công đã thực hiện và sự thay đổi nội năng, entanpi và entropi trong quá trình này.

4-8. Tính sự thay đổi entropi khi đun nóng 0,4 mol natri clorua từ 20 đến 850 ° C. Nhiệt dung mol của natri clorua là:

C p (NaCl tv) = 45,94 + 16,32. 10 -3. T J / (mol. K),
Cp(NaCl w) = 66,53 J / (mol K).

Nhiệt độ nóng chảy của natri clorua là 800 o C, nhiệt của phản ứng tổng hợp là 31,0 kJ / mol.

4-9. Tính sự thay đổi entropi khi trộn 5 kg nước ở 80 ° C với 10 kg nước ở 20 ° C. Lấy nhiệt dung riêng của nước bằng: Cp(H 2 O) = 4,184 J / (g. K).

4-10. Tính sự thay đổi entropi khi cho 200 g nước đá ở 0 ° C vào 200 g nước (90 ° C) trong một bình cách nhiệt. Nhiệt nóng chảy của nước đá là 6,0 kJ / mol.

4-11. Đối với một vật rắn nhất định, sự phụ thuộc của hệ số giãn nở vào áp suất được tìm thấy trong phạm vi áp suất từ P 1 đến P 2:

.

Entropi của vật này sẽ giảm bao nhiêu khi bị nén từ P 1 đến P 2 ?

4-12. Tìm sự thay đổi entropi của khí và môi trường nếu N mol của một khí lý tưởng nở ra đẳng nhiệt với áp suất P 1 đến áp lực P 2: a) thuận nghịch; b) chống lại áp suất bên ngoài P < P 2 .

4-13. Viết biểu thức tính entropi tuyệt đối của một mol nước ở nhiệt độ 300 0 C và áp suất 2 atm.

4-14. Vẽ đồ thị entropi chuẩn của nước dưới dạng hàm của nhiệt độ từ 0 đến 400 K.

4-15. Viết entropi của một mol khí lý tưởng dưới dạng hàm của nhiệt độ và áp suất (coi nhiệt dung không đổi).

4-16. Xác định sự phụ thuộc của entropi vào thể tích đối với hệ nhiệt động lực học, được mô tả bằng phương trình trạng thái (đối với một mol):

4-17. Xác định sự phụ thuộc của entropi vào thể tích đối với hệ nhiệt động lực học, được mô tả bằng phương trình trạng thái (đối với một mol):

4-18. Một mol khí được mô tả bằng phương trình trạng thái

ở đâu f(V) là một số chức năng không phụ thuộc vào nhiệt độ. Tính sự thay đổi entropi của một chất khí trong quá trình giãn nở đẳng nhiệt không thuận nghịch của nó theo thể tích V 1 đến âm lượng V 2 .

4-19. Tính sự thay đổi entropi của 1000 g metanol khi nó bị đông đặc ở -105 ° C.Nhiệt của phản ứng tổng hợp metanol rắn ở -98 ° C (mp.) Là 3160 J / mol. Nhiệt dung của metanol lỏng và rắn lần lượt là 55,6 và 81,6 J / (mol K). Giải thích tại sao entropi giảm trong quá trình đóng băng, mặc dù quá trình này là tự phát.

4-20. Nhiệt dung của một số chất trong khoảng nhiệt độ từ T 1 đến T 2 được thay đổi như sau:

Vẽ đồ thị sự phụ thuộc của entropi của một chất vào nhiệt độ trong khoảng nhiệt độ này.

4-21. Sử dụng dữ liệu tham khảo, hãy đưa ra một ví dụ về phản ứng hóa học tự phát mà sự thay đổi entropy tiêu chuẩn nhỏ hơn 0.

4-22. Sử dụng dữ liệu tham khảo, tính toán sự thay đổi entropi tiêu chuẩn trong phản ứng H 2 (g) + SO 2 (g) \ u003d H 2 O (g) a) ở 25 ° C; b) ở 300 o C.

3.3. Chuyển động quay của một vật cứng quanh một trục cố định, momen quán tính và động năng.

3.4. thời điểm xung động. Định luật bảo toàn momen động lượng. Định luật thứ hai của động lực học đối với chuyển động quay.

Bài giảng số 4

4.1. Mô tả sự chuyển động của chất lỏng và chất khí. Độ nhớt của chất lỏng và chất khí.

4.2. Phương trình liên tục.

4.3. Phương trình Bernoulli và kết luận từ nó

Bài giảng số 5

5.1. Dao động điều hòa.

5.2. Phép cộng của dao động điều hòa.

5.3. Phép cộng các dao động vuông góc.

5.4. Phương trình vi phân của dao động.

5.5. Tỉ lệ năng lượng trong các quá trình dao động.

5.6. Dao động của mặt dây chuyền toán học và vật lý

5,7. Phương trình của dao động cưỡng bức. cộng hưởng

Bài giảng số 6

6.1 Sóng trong môi trường đàn hồi và các dạng của chúng. Sóng mặt trước, sóng mặt phẳng và sóng cầu.

6.2. năng lượng sóng

6.3. Sóng đàn hồi trong vật rắn

Bài giảng số 7

7.1. Các điều khoản chính của MK.

Trạng thái tổng hợp của vật chất

7.2. Kinh nghiệm định luật khí lý tưởng

Định luật Avogadro

7.3. Phương trình trạng thái khí lý tưởng

7.4. Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử của khí lý tưởng.

7,5. Định luật Maxwell về sự phân bố của các phân tử theo vận tốc.

7.6. công thức khí áp. Phân phối Boltzmann

Bài giảng số 8

8.2. Sự va chạm của các phân tử và hiện tượng vận chuyển trong khí lý tưởng

8.3. Số va chạm trung bình và đường đi tự do trung bình của các phân tử

8.4 Đường đi tự do trung bình của các phân tử

8,5. Sự khuếch tán trong chất khí

8.6. Độ nhớt của khí

8.7. Tính dẫn nhiệt của chất khí

8.8. Sự thẩm thấu. Áp suất thẩm thấu

Bài giảng số 9

9.1 Phân bố năng lượng theo bậc tự do của các phân tử

9.2. Nội năng

9.3. Công được thực hiện bởi một chất khí khi nó nở ra

9.4. Định luật đầu tiên của nhiệt động lực học

9,5. Nhiệt dung. Phương trình Mayer

9,6. Quá trình nhiệt

9,7. Quá trình đa hướng

9,8. Nguyên lý hoạt động của động cơ nhiệt. Chu trình Carnot và hiệu quả của nó.

9,9. Sự hỗn loạn. Ý nghĩa vật lý của entropy. Entropy và xác suất.

9,10. Định luật thứ hai của nhiệt động lực học và ý nghĩa thống kê của nó.

Bài giảng số 10

10.1. Khí thực, phương trình van der Waals.

Phương trình van der Waals mô tả tốt hoạt động của khí trong quá trình hóa lỏng, nhưng không phù hợp với quá trình hóa rắn.

10.2.Các đặc trưng và mẫu cơ bản của trạng thái tổng hợp và chuyển pha.

Chuyển pha của loại thứ hai. helium lỏng. Siêu lỏng

10.3. Sức căng bề mặt của chất lỏng. Áp suất laplace.

10.4. Hiện tượng mao dẫn

10,5. Chất rắn

Khiếm khuyết trong tinh thể

Tính chất nhiệt của tinh thể

tinh thể lỏng

Bài giảng số 11

11.1. Tính chất điện của cơ thể. Sạc điện. Định luật bảo toàn điện tích

11.2. định luật Cu lông

11.3. trường tĩnh điện. Cường độ điện trường. các đường trường.

11.4. lưỡng cực điện

11,5. Dòng vector lực căng. Định lý Ostrogradsky-Gauss

11,6. Công của lực trong trường tĩnh điện đối với sự chuyển động của các điện tích.

11,6. Tiềm năng. Sự khác biệt tiềm năng. Thế năng của một điện tích điểm, lưỡng cực, hình cầu.

11.7. Mối quan hệ giữa cường độ điện trường và thế năng

11,8. Các loại điện môi. Sự phân cực của chất điện môi.

11,9. Định lý Ostrogradsky-Gauss cho trường trong chất điện môi. Mối quan hệ của vectơ - độ dịch chuyển, - cường độ và - độ phân cực

Ngày 11,10. Dây dẫn trong trường tĩnh điện

11.11. Vật dẫn trong trường tĩnh điện bên ngoài. Điện dung

11,12. Năng lượng của vật dẫn mang điện, của hệ vật dẫn và tụ điện

Bài giảng số 12

12.1. Điện. Cường độ và mật độ dòng điện.

12.3. Định luật Ôm đối với mặt cắt đồng nhất của chuỗi. điện trở dẫn.

12.4. Định luật Ohm cho một phần không đồng nhất của một chuỗi

12,5. Định luật Joule-Lenz. Công việc và công suất hiện tại.

12,6. Quy tắc Kirchhoff

Bài giảng số 13

13.1. Lý thuyết cổ điển về tính dẫn điện của kim loại

13.2. Phát xạ nhiệt. Dòng điện trong chân không.

13.3. Dòng điện trong chất khí. Các kiểu xả khí.

Xả khí độc lập và các loại của nó

Bài giảng số 14

14.1. Một từ trường. Tương tác từ của các dòng điện. Định luật Ampere. Vectơ cảm ứng từ.

14.2. Định luật Biot-Savart-Laplace. Từ trường của dòng điện xoay chiều và dòng điện tròn.

14.3. Tính tuần hoàn của véc tơ cảm ứng từ. Trường điện từ và trường hình xuyến

14.4. từ thông. Định lý Gauss

14,5. Công chuyển động của dây dẫn và khung có dòng điện trong từ trường

14,6. Tác dụng của từ trường lên điện tích chuyển động. Lực Lorentz

14,7. Từ trường trong vật chất. Độ từ hóa và cường độ từ trường.

14,8. Tổng quy luật hiện hành cho từ trường trong vật chất

14,9. Các loại nam châm

Bài giảng 15

15.1. Hiện tượng cảm ứng điện từ.

15.2. Hiện tượng tự cảm ứng

15.3. Năng lượng từ trường

15.4. Thuyết điện từ của Maxwell.

1) Phương trình đầu tiên của Maxwell

2) Dòng điện trộn. Phương trình thứ hai của Maxwell

3) Phương trình Maxwell thứ ba và thứ tư

4) Hoàn thành hệ phương trình Maxwell ở dạng vi phân

15,5. Dòng điện xoay chiều

Bài giảng số 16

16.1. Các định luật cơ bản của quang hình học. Tổng phản xạ bên trong của ánh sáng.

16.2. Phản xạ và khúc xạ ánh sáng trên mặt cầu. Thấu kính.

16.3. Các đại lượng trắc quang cơ bản và đơn vị của chúng

17.1 Sự giao thoa của ánh sáng. Tính liên kết và tính đơn sắc của sóng ánh sáng. Độ dài đường dẫn quang và hiệu số đường quang.

17.2. Các phương pháp thu được các vân giao thoa.

17.3. Nhiễu trong màng mỏng.

17.4. Sự khai sáng của quang học

17,5. Sự nhiễu xạ của ánh sáng và các điều kiện để quan sát nó. Nguyên lý Huygens-Fresnel. Cách tử nhiễu xạ. Sự nhiễu xạ trên cách tử không gian. Công thức Wulf-Braggs

17,6. Fresnel nhiễu xạ từ các chướng ngại vật đơn giản nhất.

17,7. Nhiễu xạ trong chùm song song (nhiễu xạ Fraunhofer)

17,8. Sự nhiễu xạ trên cách tử không gian. Công thức Wolfe-Braggs.

17,9. sự phân cực của ánh sáng. Ánh sáng tự nhiên và phân cực.

17,10. Sự phân cực của ánh sáng trong quá trình phản xạ và khúc xạ. Luật Brewster.

17.11.Phân cực ở hiện tượng lưỡng chiết.

17.12. Sự quay của mặt phẳng phân cực.

17,13. sự phân tán của ánh sáng. Sự hấp thụ (hấp thụ) ánh sáng.

Bài giảng # 18

18.1. Bản chất lượng tử của bức xạ. Bức xạ nhiệt và các đặc điểm của nó. Định luật Kirchhoff. Định luật Stefan-Boltzmann và Wien.

18.2.Các loại hiệu ứng quang điện. Các định luật về hiệu ứng quang điện ngoài. Phương trình của Einstein về hiệu ứng quang điện.

18.3. Khối lượng và động lượng của một photon. Áp suất nhẹ. Hiệu ứng Compton.

Bài giảng số 19

19.2 Quang phổ vạch của nguyên tử hiđrô.

19.3. Định đề của Bohr. Thí nghiệm của Frank và Hertz.

Bài giảng số 20

20.1 Hạt nhân nguyên tử.

20.2 Lực hạt nhân.

20.3.Năng lượng liên kết của các hạt nhân. Khiếm khuyết khối lượng.

20.4.Các phản ứng phân hạch hạt nhân.

2.5.Sự tổng hợp nhiệt hạch.

20.6.Độ phóng xạ. Định luật phân rã phóng xạ.

Lịch trình làm việc độc lập

Lịch trình các lớp học phòng thí nghiệm và thực hành

Danh sách các câu hỏi để chuẩn bị cho Cơ học keo

Công thức

Định nghĩa

Câu hỏi cho kỳ thi

Quy tắc và thiết kế mẫu của công việc trong phòng thí nghiệm

9,9. Sự hỗn loạn. Ý nghĩa vật lý của entropy. Entropy và xác suất.

Xét hiệu suất của động cơ nhiệt hoạt động theo chu trình Carnot, có thể nhận thấy rằng tỉ số giữa nhiệt độ của tủ lạnh với nhiệt độ của lò sưởi bằng tỉ số giữa nhiệt lượng của chất lỏng công tác đối với tủ lạnh và nhiệt lượng nhận được từ lò sưởi. Điều này có nghĩa là đối với một động cơ nhiệt lý tưởng hoạt động theo chu trình Carnot, mối quan hệ sau đây cũng đúng:
. Thái độ Lorentz đã đặt tên giảm nhiệt . Đối với một quá trình sơ cấp, nhiệt lượng giảm đi sẽ bằng . Điều này có nghĩa là trong quá trình thực hiện chu trình Carnot (và nó là một quá trình tuần hoàn thuận nghịch), nhiệt lượng giảm xuống vẫn không thay đổi và hoạt động như một hàm của trạng thái, trong khi, như đã biết, lượng nhiệt là một hàm của quá trình .

Sử dụng định luật đầu tiên của nhiệt động lực học cho các quá trình thuận nghịch,
và chia cả hai vế của phương trình này cho nhiệt độ, chúng ta nhận được:

(9-41)

Chúng tôi biểu thị từ phương trình Mendeleev - Clapeyron
, thay thế vào phương trình (9-41) và nhận được:

(9-42)

Chúng tôi học được điều đó
, một
, chúng tôi thay chúng vào phương trình (9-42) và nhận được:

(9-43)

Vế bên phải của đẳng thức này là vi phân tổng, do đó, trong các quá trình thuận nghịch, nhiệt giảm đi cũng là vi phân tổng, là dấu hiệu của hàm trạng thái.

Hàm trạng thái có vi phân là , được gọi là Sự hỗn loạn và được biểu thị S . Như vậy, entropy là một hàm trạng thái. Sau khi giới thiệu entropy, công thức (9-43) sẽ giống như sau:

, (9-44)

ở đâu dS là sự gia tăng entropi. Đẳng thức (9-44) chỉ có giá trị đối với các quá trình thuận nghịch và thuận tiện cho việc tính toán sự thay đổi entropi trong các quá trình hữu hạn:

(9-45)

Nếu hệ thống thực hiện một quá trình tuần hoàn (chu trình) theo cách thuận nghịch, thì
, và do đó, S = 0, thì S = const.

Biểu thị nhiệt lượng theo độ tăng của entropi đối với một quá trình cơ bản và thay nó vào phương trình của định luật đầu tiên của nhiệt động lực học, chúng ta thu được một dạng viết mới của phương trình này, thường được gọi là nhận dạng nhiệt động lực học cơ bản:

(9-46)

Do đó, để tính toán sự thay đổi entropi trong các quá trình thuận nghịch, thuận tiện là sử dụng nhiệt giảm.

Trong trường hợp các quá trình cân bằng không thể đảo ngược
và đối với các quy trình vòng tròn không thể thay đổi, Bất đẳng thức Clausius :

(9-47)

Hãy xem xét điều gì xảy ra với entropi trong một hệ thống nhiệt động lực học cô lập.

Trong một hệ thống nhiệt động lực học cô lập, với bất kỳ sự thay đổi thuận nghịch nào về trạng thái, entropi của nó sẽ không thay đổi. Về mặt toán học, điều này có thể được viết như sau: S = const.

Chúng ta hãy xem xét điều gì xảy ra với entropi của một hệ nhiệt động lực học trong một quá trình không thể đảo ngược. Giả sử rằng sự chuyển đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 dọc theo con đường L 1 là thuận nghịch, và từ trạng thái 2 sang trạng thái 1 dọc theo con đường L 2 là không thể đảo ngược (Hình 9.13).

Khi đó bất đẳng thức Clausius (9-47) có giá trị. Hãy viết một biểu thức cho vế phải của bất đẳng thức này, tương ứng với ví dụ của chúng ta:

.

Số hạng đầu tiên trong công thức này có thể được thay thế bằng sự thay đổi trong entropi, vì quá trình này có thể đảo ngược. Khi đó, bất đẳng thức Clausius có thể được viết thành:

.

Từ đây
. Như
, thì cuối cùng chúng ta có thể viết:

(9-48)

Nếu hệ thống bị cô lập, thì
và bất bình đẳng (9-48) sẽ như sau:

, (9-49)

t o là entropy của một hệ cô lập tăng lên trong một quá trình không thể đảo ngược. Sự tăng trưởng của entropi không tiếp tục vô thời hạn, nhưng đạt đến một đặc tính giá trị cực đại nhất định của một trạng thái nhất định của hệ thống. Giá trị cực đại này của entropi tương ứng với trạng thái cân bằng nhiệt động lực học. Sự phát triển của entropi trong các quá trình không thể đảo ngược trong một hệ thống cô lập có nghĩa là năng lượng do hệ thống sở hữu trở nên ít khả dụng hơn để chuyển đổi thành công cơ học. Ở trạng thái cân bằng, khi entropi đạt giá trị cực đại thì cơ năng của hệ không thể chuyển thành công cơ học.

Nếu hệ thống không được cô lập, thì entropi có thể vừa giảm vừa tăng tùy thuộc vào hướng truyền nhiệt.

Entropy, như một hàm của trạng thái của hệ thống, có thể dùng như một tham số trạng thái giống như nhiệt độ, áp suất, thể tích. Mô tả quá trình này hoặc quá trình đó trên biểu đồ (T, S), người ta có thể đưa ra giải thích toán học về lượng nhiệt, như diện tích của hình dưới đường cong mô tả quá trình. Hình 9.14 cho thấy một biểu đồ cho một quá trình đẳng nhiệt trong các tọa độ nhiệt độ - entropy.

Entropy có thể được biểu thị dưới dạng các thông số trạng thái khí - nhiệt độ, áp suất, thể tích. Để làm điều này, từ nhận dạng nhiệt động lực học cơ bản (9-46), chúng tôi biểu thị sự gia tăng của entropy:

.

Chúng tôi tích hợp biểu thức này và nhận được:

(9-50)

Sự thay đổi trong entropi cũng có thể được biểu thị bằng một cặp thông số trạng thái khác - áp suất và thể tích. Để làm điều này, bạn cần biểu thị nhiệt độ của trạng thái đầu và trạng thái cuối từ phương trình trạng thái của khí lý tưởng thông qua áp suất và thể tích và thay thế trong (9-50):

(9-51)

Với sự giãn nở đẳng nhiệt của khí vào khoảng trống, T 1 = T 2, có nghĩa là số hạng đầu tiên trong công thức (9-47) sẽ được đặt bằng 0 và sự thay đổi trong entropi sẽ chỉ được xác định bởi số hạng thứ hai:

(9-52)

Mặc dù thực tế là trong nhiều trường hợp có thể thuận tiện sử dụng nhiệt giảm để tính sự thay đổi entropi, nhưng rõ ràng nhiệt giảm và entropi là các khái niệm khác nhau, không giống hệt nhau.

Hãy cùng tìm hiểu ý nghĩa vật lý của entropy . Để làm điều này, chúng tôi sử dụng công thức (9-52), cho một quá trình đẳng nhiệt trong đó nội năng không thay đổi và tất cả những thay đổi có thể có về đặc tính chỉ do sự thay đổi thể tích. Chúng ta hãy xem xét mối quan hệ giữa thể tích mà một chất khí ở trạng thái cân bằng chiếm giữ và số lượng vi phân tử trong không gian của các hạt khí. Số lượng các hạt vi mô của khí, với sự trợ giúp của một trạng thái vĩ mô nhất định của khí như một hệ thống nhiệt động lực học, có thể được tính như sau. Chúng ta hãy chia toàn bộ thể tích thành các ô lập phương cơ bản có cạnh d ~ 10-10 m (theo thứ tự độ lớn của đường kính hiệu dụng của phân tử). Thể tích của một ô như vậy sẽ bằng d 3. Ở trạng thái đầu, chất khí chiếm thể tích V 1, do đó, số ô cơ bản, tức là số vị trí N 1 mà các phân tử có thể chiếm ở trạng thái này sẽ bằng
. Tương tự, đối với trạng thái thứ hai có thể tích V 2, chúng ta nhận được
. Cần lưu ý rằng sự thay đổi vị trí của các phân tử tương ứng với một vi hạt mới. Không phải mọi thay đổi trong trạng thái vi mô sẽ dẫn đến sự thay đổi trong trạng thái vĩ mô. Giả sử các phân tử có thể chiếm N 1 vị trí, thì sự trao đổi vị trí của bất kỳ phân tử nào trong N 1 ô này sẽ không dẫn đến một macrostate mới. Tuy nhiên, sự chuyển đổi của các phân tử sang các tế bào khác sẽ dẫn đến sự thay đổi trạng thái vĩ mô của hệ thống. Số lượng các vi hạt của một chất khí tương ứng với một nguyên tố vĩ mô nhất định có thể được tính bằng cách xác định số cách mà các hạt của khí này có thể được sắp xếp trong các ô đơn vị. Để đơn giản hóa các phép tính, hãy xem xét 1 mol khí lý tưởng. Đối với 1 mol khí lý tưởng, công thức (9-52) sẽ giống như sau:

(9-53)

Số lượng vi hạt của hệ chiếm thể tích V 1 sẽ được ký hiệu là Г 1 và được xác định bằng cách đếm số vị trí N A (số Avogadro) của các phân tử có trong 1 mol khí, trong N 1 ô (vị trí):
. Tương tự, chúng ta tính số lượng vi hạt Г 2 của hệ chiếm thể tích V 2:
.

Số lượng các trạng thái vi mô Г i, với sự trợ giúp của trạng thái vĩ mô thứ i có thể được thực hiện, được gọi là xác suất nhiệt động lực học trạng thái vĩ mô này. Xác suất nhiệt động Г ≥ 1.

Hãy tìm tỉ lệ G 2 / G 1:

.

Đối với khí lý tưởng, số lượng vị trí tự do lớn hơn nhiều so với số lượng phân tử, tức là N 1 >> N A và N 2 >> N A. . Khi đó, tính đến biểu thức của các số N 1 và N 2 qua các tập tương ứng, ta được:

Từ đây, ta có thể biểu diễn tỷ số thể tích thông qua tỷ số giữa các xác suất nhiệt động của các trạng thái tương ứng:

(9-54)

Thay thế (9-54) thành (9-53) và nhận được:
. Cho rằng tỉ số giữa hằng số mol khí và số Avogadro là hằng số Boltzmann k, và cũng thực tế rằng logarit của tỉ số của hai đại lượng bằng hiệu giữa logarit của các đại lượng này, ta được:. Từ đó, chúng ta có thể kết luận rằng entropy của trạng thái thứ i S i được xác định bằng logarit của số lượng các trạng thái vi mô mà thông qua đó trạng thái vĩ mô này được thực hiện:

(9-55)

Công thức (9-55) được gọi là Công thức Boltzmann người đầu tiên nhận nó và hiểu ý nghĩa thống kê của entropy , như chức năng lộn xộn . Công thức Boltzmann có ý nghĩa tổng quát hơn công thức (9-53), đó là, nó có thể được sử dụng không chỉ cho khí lý tưởng và cho phép bạn tiết lộ ý nghĩa vật lý của entropy. Hệ thống càng có thứ tự, số lượng các trạng thái vi mô mà thông qua đó mã lệnh đã cho được nhận ra, entropy của hệ thống càng thấp. Sự phát triển của entropi trong một hệ thống cô lập, nơi xảy ra các quá trình không thể đảo ngược, có nghĩa là sự chuyển động của hệ thống theo hướng của trạng thái có thể xảy ra nhất, đó là trạng thái cân bằng. Có thể nói rằng Sự hỗn loạn là một biện pháp của sự rối loạn hệ thống; càng nhiều rối loạn trong đó, entropy càng cao. Đây là ý nghĩa vật lý của entropy .

Thông thường, bất kỳ quá trình vật lý nào trong đó hệ chuyển dần từ trạng thái này sang trạng thái khác đều tiến hành theo những cách khác nhau, vì vậy trên thực tế không thể thực hiện hiện tượng này ở trạng thái ngược lại. Để làm được điều này, cần phải sử dụng các chỉ số về thời gian trung gian trong các cơ thể xung quanh một môi trường nhất định. Điều này liên quan trực tiếp đến thực tế là trong quá trình này, một phần của thế năng bị tiêu tán do ma sát và bức xạ liên tục.

Hình 1. Entropy nhiệt động. Author24 - trao đổi trực tuyến các bài báo của sinh viên

Theo quy luật nhiệt động lực học, hầu hết mọi hiện tượng trong tự nhiên đều không thể thay đổi được. Trong bất kỳ quá trình vật lý nào, một phần năng lượng bị mất dần. Để mô tả và mô tả sự tiêu tán năng lượng, định nghĩa entropi được giới thiệu, giải thích trạng thái nhiệt của khái niệm và xác định xác suất của một trạng thái mới của vật thể. Các trạng thái này càng có nhiều khả năng thì entropy càng lớn. Tất cả các tình huống tự nhiên trong cuộc sống bình thường đều đi kèm với sự phát triển của nguyên tố này, yếu tố này không đổi chỉ trong trường hợp một quá trình lý tưởng hóa được quan sát trong một hệ thống khép kín.

Định nghĩa 1

Entropy là một hàm phổ quát của trạng thái của một hệ cụ thể, một thay đổi nhỏ trong đó trong một tình huống thuận nghịch bằng tỷ lệ của một lượng nhiệt nhỏ không đáng kể được đưa vào một quá trình nhất định ở nhiệt độ tương ứng với trạng thái ban đầu.

Vì entropi là hàm chính của trạng thái của một vật thể, nên tính chất của tích phân là tính độc lập và không phụ thuộc vào hình dạng của đường bao, theo đó nó được tính theo cách này:

• trong bất kỳ hiện tượng vật lý thuận nghịch nào, sự thay đổi entropi bằng không;
• trong nhiệt động lực học người ta chứng minh rằng hệ của một chu trình không thuận nghịch tăng với các tham số trung gian bằng nhau;
• Entropy của một hệ thống kín có thể tăng lên hoặc duy trì ở trạng thái ổn định.

Do đó, hàm nhiệt động lực học được chỉ ra có các đặc điểm của độ nhạy: entropi của mỗi hệ bằng tổng entropi của các vật chất có trong hệ: $ S = S_1 + S_2 + S_3 +… $ Sự khác biệt cơ bản giữa chuyển động nhiệt của các hạt cơ bản và các dạng chuyển động khác là sự mất trật tự và hỗn độn của chúng. Do đó, để mô tả chuyển động nhiệt, cần đưa ra mức độ bất ổn định phân tử ban đầu. Nếu chúng ta coi trạng thái vĩ mô này của một chất với bất kỳ giá trị trung bình nào của các thông số, thì đó không gì khác hơn là sự thay đổi có hệ thống của các vi hạt gần nhau, khác nhau về sự phân bố của các phân tử trong các phần khác nhau của thể tích.

Định nghĩa thống kê về entropy: Nguyên lý Boltzmann

Hình 2. Ý nghĩa thống kê của entropy. Author24 - trao đổi trực tuyến các bài báo của sinh viên

Năm 1877, nhà khoa học Ludwig Boltzmann phát hiện ra rằng khái niệm entropi có thể dùng để chỉ một số "vi hạt" hợp lý và phù hợp với các đặc tính nhiệt động lực học cơ bản. Một ví dụ điển hình của hiện tượng này là một khí lý tưởng trong bình. Hạt vi mô trong phần tử xác định được định nghĩa là các xung lực và vị trí (mômen chuyển động) của mỗi nguyên tử và phân tử cấu thành hệ thống.

Sự phức tạp đòi hỏi các nhà khoa học chỉ nghiên cứu những vi hạt mà:

• vị trí của tất cả các bộ phận chuyển động nằm trong tàu;
• để có được tổng thế năng, người ta tính tổng động năng của khí;
• thì hằng số nhiệt xác định số lượng các vi hạt có thể có ở trạng thái đã cho (trọng lượng thống kê của trạng thái).

Định đề như vậy, được khoa học gọi là nguyên lý Boltzmann, có thể được coi là khởi đầu của cơ học thống kê, mô tả chi tiết các hệ thống nhiệt động lực học chính và sử dụng các nguyên tắc của vật lý lượng tử và cổ điển cho các mục đích riêng của nó.

Nhận xét 1

Định luật Boltzmann trong nhiệt động lực học liên hệ tất cả các thuộc tính vi mô của một hệ thống với một trong các đặc tính động lực học của nó.

Theo định nghĩa của nhà nghiên cứu, entropy chỉ đơn giản là một hàm trạng thái bổ sung, các tham số của nó chỉ có thể là một số tự nhiên.

Hiểu entropy như một thước đo của rối loạn

Có ý kiến ​​cho rằng có thể coi entropi là thước đo sự rối loạn trong một hệ thống nhất định. Đôi khi, từ quan điểm khoa học, điều này có thể được biện minh, vì thường thì các nhà khoa học trước hết nghĩ về khái niệm "có thứ tự" như những phần tử hầu như không có khả năng cấu hình thêm, nhưng là hệ thống "không ổn định" có nhiều trạng thái khả dĩ. Trên thực tế, đây chỉ là một cách giải thích được định dạng lại của entropy là số lượng các vi hạt hoạt động trong một môi trường nhất định.

Định nghĩa như vậy về sự rối loạn và hỗn loạn của một hệ thống nhiệt động lực học như là tham số chính của khả năng cấu hình khái niệm gần như tương ứng theo nghĩa đen với công thức của entropi ở dạng vi hạt.

Các vấn đề bắt đầu trong hai trường hợp cụ thể:

• khi các nhà vật lý bắt đầu kết hợp các cách hiểu khác nhau về rối loạn, do đó entropy trở thành thước đo về rối loạn nói chung;
• khi định nghĩa của entropi được sử dụng cho các hệ thống vốn không phải là nhiệt động lực học.

Trong các trường hợp trên, việc sử dụng khái niệm entropi trong nhiệt động lực học là hoàn toàn không hợp lý.

Giá trị của entropi đối với cơ thể sống

Tất cả các biến đổi và biến đổi của nội năng được mô tả trong vật lý bằng các định luật nhiệt động lực học, với các mô hình vật lý đầy đủ và các giới hạn vật lý được xây dựng đầy đủ, có thể áp dụng được cho các quá trình sống không ổn định. Sự giảm chỉ số entropy (sự xuất hiện của năng lượng âm theo Schrödinger) trong một cơ thể sống với sự tương tác chặt chẽ của nó với môi trường sẽ tự động dẫn đến sự gia tăng thế năng tự do.

Ghi chú 2

Nếu hệ thống "tránh" khỏi trạng thái cân bằng không đổi, thì trong tương lai nó phải bù đắp sự gia tăng entropi bằng một năng lượng khác, theo quan điểm của khoa học - năng lượng tự do.

Do đó, tự nhiên sống cố gắng tránh sự phát triển của entropi, làm tăng tầm quan trọng của nó trong môi trường khi một sinh vật sống giao tiếp với nó. Entropy là năng lượng “chết” không thể chuyển thành công việc ổn định. Theo các định luật của nhiệt động lực học cổ điển, trong các hệ cô lập, hỗn loạn, nhiệt hoàn toàn bị tiêu tán, do đó, quá trình này đi từ trật tự sang hỗn loạn.

Đối với vi sinh vật sống, với tư cách là các hệ thống mở chính, theo quan điểm khoa học, hành động xuất hiện của các sinh vật sẽ được đặc trưng bởi sự biến đổi tự phát nhiệt năng của các chức năng không thể đảo ngược thành công việc có mục đích cơ học để tạo ra một hệ thống phát triển cao. Tất cả điều này có thể được thực hiện thông qua sự hiện diện của năng lượng tự do. Do đó, sự không cân bằng nhiệt động lực học của các hệ thống sống hiện tại chỉ ra tính trật tự bắt buộc của chúng, vì trạng thái cân bằng chính thức tương ứng với sự hỗn loạn và điều này cuối cùng dẫn đến cái chết của một sinh vật sống khi entropi của nó ở mức cực đại.

Nói chung, entropi hoạt động như một thước đo độ không chắc chắn và không ổn định, tính trung bình hành vi của các đối tượng vật lý, thiết lập trạng thái chính xác và thậm chí là một độ đồng nhất nhất định. Hoạt động quan trọng của các hệ thống sinh học chứng tỏ rằng chúng không muốn tuân theo quy luật nhiệt động lực học đối với một môi trường bị cô lập.

Sự hỗn loạn

Sự thay đổi entanpi của hệ thống không thể coi là tiêu chí duy nhất để thực hiện một cách tự phát phản ứng hóa học, vì nhiều quá trình thu nhiệt diễn ra một cách tự phát. Một minh họa cho điều này là sự hòa tan của một số muối (ví dụ, NH 4NO 3) trong nước, kèm theo đó là sự nguội lạnh của dung dịch. Cần phải tính đến một yếu tố nữa quyết định khả năng tự phát chuyển từ trạng thái có trật tự hơn sang trạng thái ít trật tự hơn (hỗn loạn hơn).

Sự hỗn loạn (S) là hàm trạng thái nhiệt động, dùng làm thước đo mức độ rối loạn (rối loạn) của hệ thống. Khả năng xảy ra các quá trình thu nhiệt là do sự thay đổi trong entropi, bởi vì trong các hệ cô lập, entropi của một quá trình xảy ra tự phát làm tăng Δ S > 0 (định luật thứ hai của nhiệt động lực học).

L. Boltzmann đã định nghĩa entropy là xác suất nhiệt động lực học của một trạng thái (rối loạn) của một hệ W. Vì số lượng các hạt trong hệ thống là lớn (số lượng của Avogadro N A = 6,02 ∙ 10 23), thì entropi tỷ lệ với logarit tự nhiên của xác suất nhiệt động lực học của trạng thái của hệ W:

Chiều của entropi của 1 mol chất trùng với chiều của hằng số chất khí R và bằng J ∙ mol –1 ∙ K –1. sự thay đổi entropy *) trong các quá trình không thể thuận nghịch và thuận nghịch được cho bởi các quan hệ Δ S > Q / T và Δ S = Q / T. Ví dụ, sự thay đổi entropi của sự nóng chảy bằng nhiệt (entanpi) của sự nóng chảy Δ S pl = Δ H làm ơn / T pl Đối với một phản ứng hóa học, sự thay đổi trong entropi tương tự như sự thay đổi trong entanpi

*) kỳ hạn Sự hỗn loạnđược giới thiệu bởi Clausius (1865) thông qua tỷ số Q / T (giảm nhiệt).

Đây Δ S° tương ứng với entropy của trạng thái chuẩn. Các entropi chuẩn của các chất đơn giản không bằng không. Không giống như các hàm nhiệt động lực học khác, entropy của một vật thể lý tưởng là tinh thể ở độ không tuyệt đối bằng không (định đề Planck), vì W = 1.

Entropi của một chất hoặc hệ thống các vật thể ở một nhiệt độ nhất định là một giá trị tuyệt đối. Trong bảng. 4.1 cho thấy entropies tiêu chuẩn S° một số chất.

Hợp chất (J ∙ mol –1 ∙ K –1) Hợp chất (J ∙ mol –1 ∙ K –1) C (t) kim cương C (t) than chì iso-C 4H 10 (g)

Bảng 4.1. Entropi chuẩn của một số chất.

Từ Bảng. 4.1 theo đó entropi phụ thuộc vào:

• Trạng thái tổng hợp của vật chất. Entropy tăng trong quá trình chuyển từ thể rắn sang thể lỏng và đặc biệt là chuyển sang thể khí (nước, nước đá, hơi nước).
• Thành phần đồng vị (H 2O và D 2O).
• Khối lượng phân tử của các hợp chất cùng loại (CH 4, C 2H 6, n-C 4H 10).
• Cấu trúc phân tử (n-C 4H 10, iso-C 4H 10).
• Cấu trúc tinh thể (dị hướng) - kim cương, than chì.

Cuối cùng, hình. 4.3 minh họa sự phụ thuộc của entropi vào nhiệt độ.

Do đó, xu hướng rối loạn của hệ thống biểu hiện càng nhiều, nhiệt độ càng cao. Sản phẩm của sự thay đổi entropi của hệ theo nhiệt độ TΔ Sđịnh lượng xu hướng này và được gọi là yếu tố entropy.

Nhiệm vụ và bài kiểm tra chủ đề "Nhiệt động hóa học. Entropy"

• Các nguyên tố hóa học. Dấu hiệu của các nguyên tố hóa học - Các khái niệm hóa học ban đầu và các ý tưởng lý thuyết lớp 8-9

  Bài: 3 Bài tập: 9 Kiểm tra: 1

Entropy là một khái niệm đã được giới thiệu trong nhiệt động lực học. Với sự trợ giúp của giá trị này, phép đo tiêu hao năng lượng được xác định. Bất kỳ hệ thống nào cũng trải qua sự đối đầu nảy sinh giữa trường nhiệt và lực. Nhiệt độ tăng dẫn đến giảm mức độ. Để xác định thước đo của sự rối loạn, một đại lượng gọi là entropy được đưa vào. Nó đặc trưng cho mức độ trao đổi của các dòng năng lượng trong cả hệ thống đóng và mở.

Sự thay đổi entropi trong các mạch cô lập xảy ra theo chiều hướng tăng cùng với sự phát triển của nhiệt. Độ rối loạn số đo này đạt giá trị cực đại ở trạng thái được đặc trưng bởi trạng thái cân bằng nhiệt động, là trạng thái hỗn loạn nhất.

Nếu hệ là mở và đồng thời không cân bằng, thì sự thay đổi entropi xảy ra theo chiều hướng giảm. Giá trị của số đo này trong biến thể này được đặc trưng bởi công thức. Để có được nó, người ta thực hiện phép tính tổng của hai đại lượng:
- dòng entropi, xảy ra do sự trao đổi nhiệt và các chất với môi trường bên ngoài;
- độ lớn của sự thay đổi chỉ số chuyển động hỗn loạn trong hệ thống.

Sự thay đổi entropi xảy ra trong bất kỳ môi trường nào diễn ra các quá trình sinh học, hóa học và vật lý. Hiện tượng này được thực hiện với một tốc độ nhất định. Sự thay đổi trong entropy có thể là một giá trị dương - trong trường hợp này, có một luồng chỉ thị này vào hệ thống từ môi trường bên ngoài. Có những trường hợp khi giá trị biểu thị sự thay đổi trong entropy được xác định bằng một dấu trừ. Một giá trị số như vậy chỉ ra một luồng entropy đi ra. Hệ thống có thể trong trường hợp này, lượng entropy được tạo ra được bù bằng dòng chảy ra của chỉ báo này. Một ví dụ về tình huống như vậy là trạng thái Nó không cân bằng, nhưng đồng thời đứng yên. Bất kỳ sinh vật nào cũng bơm entropy, có giá trị âm, từ môi trường của nó. Việc phân bổ một thước đo sự mất trật tự từ nó thậm chí có thể vượt quá số thu nhập.

Sản xuất entropy xảy ra trong bất kỳ hệ thống phức tạp nào. Trong quá trình tiến hóa, thông tin được trao đổi giữa chúng. Ví dụ, khi thông tin về sự sắp xếp không gian của các phân tử của nó bị mất. Có một quá trình tăng entropi. Nếu chất lỏng đóng băng, thì độ không chắc chắn trong sự sắp xếp của các phân tử giảm xuống. Trong trường hợp này, entropi giảm. Làm lạnh chất lỏng làm giảm năng lượng bên trong của nó. Tuy nhiên, khi nhiệt độ đạt đến một giá trị nào đó, mặc dù đã lấy nhiệt ra khỏi nước nhưng nhiệt độ của môi chất vẫn không thay đổi. Điều này có nghĩa là quá trình chuyển đổi sang kết tinh bắt đầu. Sự thay đổi entropi trong quá trình đẳng nhiệt thuộc loại này đi kèm với sự giảm độ đo ngẫu nhiên của hệ thống.

Một phương pháp thực tế cho phép nhiệt chảy của một chất là thực hiện công việc, kết quả của nó là xây dựng một sơ đồ đông đặc. Nói cách khác, trên cơ sở dữ liệu thu được từ kết quả nghiên cứu, có thể vẽ một đường cong biểu thị sự phụ thuộc của nhiệt độ của một chất vào thời gian. Trong trường hợp này, các điều kiện bên ngoài phải không thay đổi. Có thể xác định sự thay đổi trong entropi bằng cách xử lý dữ liệu biểu diễn đồ thị kết quả của thí nghiệm. Trên những đường cong như vậy luôn tồn tại một đoạn mà đoạn thẳng có một khoảng trống nằm ngang. Nhiệt độ tương ứng với phân đoạn này là nhiệt độ đông đặc.

Một sự thay đổi trong bất kỳ chất nào, kèm theo sự chuyển từ thể rắn sang thể lỏng ở nhiệt độ môi trường xung quanh bằng và ngược lại, được gọi là sự thay đổi pha của loại thứ nhất. Điều này làm thay đổi mật độ của hệ thống, của nó và entropy.