6. Второе начало термодинамики. Энтропия

Максимальная работа W_макс, которая может быть получена при данной убыли внутренней энергии ΔЕ в процессе перехода из состояния 1 в состояние 2, достигается лишь в том случае, если этот процесс обратимый. В соответствии с выражением для первого начала термодинамики при этом выделяется минимальная теплота Q_мин

Q_мин = ΔЕ - W_макс .

Максимально достижимый коэффициент полезного действия, характеризующий эффективность затрат внутренней энергии системы, соответственно равен

η_макс= W_макс / ΔЕ.

При необратимом процессе перехода из состояния 1 в состояние 2 производимая системой работа меньше W.

Чтобы рассчитать максимальный коэффициент h_макс при известном значении ΔЕ, необходимо знать величину W_макс или Q_мин

W_макс = ΔЕ - Q_мин, следовательно, η_макс = 1 - ΔЕ / Q_мин .

Величину Q_мин можно рассчитать на основе второго начала термодинамики с помощью термодинамической функции состояния, называемой энтропией.

Понятие энтропии ввел (1865 г.) немецкий физик Р. Ю. Клаузиус (1822-1888) - один из основателей термодинамики и молекулярнокинетической теории тепловых процессов. Термодинамическое определение энтропии в соответствии с Клаузиусом: энтропия представляет собой функцию состояния, приращение которой ΔS равно теплоте Q_мин подведенной к системе в обратимом изотермическом процессе, деленной на абсолютную температуру Т, при которой осуществляется процесс:

ΔS = Q_мин / Т.

Из формулы следует, что единица измерения энтропии Дж/К.

Примером обратимого изотермического процесса может служить медленное таяние льда в термосе с водой при 273°К. Экспериментально установлено, что для плавления 1 моля льда (18 г) необходимо подвести, по крайней мере, 6000 Дж теплоты. При этом энтропия системы "лед - вода" в термосе возрастает на ΔS = 6000 Дж: 273°К = 22 Дж/К.

При охлаждении термоса с водой при 273°К можно медленно отвести 6000 Дж теплоты, и при кристаллизации воды образуется 1 моль льда. Для этого процесса величина Q_мин в формуле имеет отрицательное значение. Соответственно, энтропия системы "лед - вода" при образовании 1 моля льда убывает на ΔS =22 Дж/К.

Аналогичным образом можно рассчитать изменение энтропии при любых изотермических физических и химических процессах, если известна теплота подводимая к системе или отводимая от нее при этих процессах. Как известно из физики, эта теплота может быть определена с помощью калориметрических измерений.

Таким образом, изменение энтропии, так же как и двух других функций состояния системы - внутренней энергии и энтальпии, представляет собой экспериментально определяемую величину. Физический смысл энтропии, как и внутренней энергии, отчетливо выявляется при рассмотрении с молекулярнокинетической точки зрения процессов, протекающих в изолированных системах.

Авторы: Дроздова М.В., Дроздов

<< Назад: Второе начало термодинамики. Свободная энергия Гиббса

>> Вперед: Формула Больцмана

Рекомендуем интересные статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки:

▪ Культурология. Конспект лекций

▪ Основы социологии и политологии. Шпаргалка

▪ Земельное право. Шпаргалка

Смотрите другие статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Донорское сердце способно быстро перенимать биологический возраст реципиента 12.10.2026

Возраст органов определяется не только количеством прожитых лет. На молекулярном уровне ткани могут стареть с разной скоростью, а после пересадки, как показывают новые эксперименты, их биологические характеристики способны заметно меняться под воздействием организма, в который они попадают. Исследователи из Бостона обнаружили, что молодые донорские сердца после трансплантации довольно быстро приобретают признаки биологического возраста реципиента, тогда как более старые органы могут, напротив, демонстрировать признаки омоложения. Чтобы оценить эти изменения, ученые применили три так называемых "часа старения" - молекулярных инструмента, позволяющих приблизительно определять биологический возраст клеток и тканей. В отличие от обычного календарного возраста, такие показатели отражают состояние организма на уровне определенных молекулярных изменений. Именно их анализ позволил специалистам проследить, как меняются пересаженные сердца спустя несколько месяцев после операции. Основные ...>>

Samsung Galaxy Buds On: клипсы с искусственным интеллектом вместо внутриканальных наушников 12.10.2026

Беспроводные наушники превратились в одно из самых привычных персональных электронных устройств, однако их конструкция по-прежнему во многом определяется необходимостью размещать излучатель внутри или непосредственно у слухового канала. Компания Samsung решила попробовать другой подход. Представленная модель Galaxy Buds On получила формат наушников-клипсов, которые закрепляются непосредственно на ухе и оставляют слуховой канал открытым. Samsung позиционирует новинку как устройство для продолжительного ношения, тренировок и прогулок, а также для ситуаций, когда пользователю важно одновременно слушать музыку и не терять связь с окружающей обстановкой. В отличие от традиционных внутриканальных моделей, Galaxy Buds On практически не изолируют человека от внешнего мира. При этом речь идет не об экспериментальном прототипе или утечке: официальная информация об устройстве уже опубликована в Samsung Newsroom. Открытая конструкция имеет и очевидный недостаток - добиться такой же глубины н ...>>

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Случайная новость из Архива Дельфины улавливают звуковые волны зубами 26.12.2024 Новые исследования, проведенные учеными из Университета Цуруми в Японии, раскрыли интересный механизм, с помощью которого дельфины могут улавливать звуковые волны под водой. Оказавшись в поисках ответов на вопросы о способах эхолокации этих морских млекопитающих, ученые обнаружили, что дельфины могут использовать свои зубы как своеобразные антенны для восприятия звуковых сигналов. Исследования были проведены на нижних челюстях нескольких видов зубатых китов, включая афалину, полосатого дельфина, тихоокеанского белобокого дельфина и малую косатку. Для контроля они также изучили челюсть домашней свиньи, чтобы провести сравнение с наземными млекопитающими. В ходе эксперимента ученые заметили, что у зубатых китов зубы в челюсти расположены гораздо свободнее, чем у наземных животных, а альвеолярные лунки, в которых находятся зубы, имеют более пористую и губчатую структуру. Самым важным открытием стало обнаружение длинных и толстых пучков нервных волокон, которые соединяются с зубами через эти пористые структуры. Руководитель исследования Ро Кодера объяснил, что нервные пучки дельфинов обладают особым строением: они оснащены сенсорными рецепторами на концах и окружены толстым слоем жировой ткани. Такая структура значительно ускоряет передачу электрохимических сигналов, что позволяет воспринимать звуковые волны более эффективно. Кроме того, ученые обнаружили, что кохлеарный нерв - ключевая часть внутреннего уха, отвечающая за обработку слуховых стимулов - соединяется с жировой тканью в нижней челюсти дельфина. Это открытие подтверждает, что зубы действительно могут выполнять роль своеобразных приемников звуковых волн в воде, передавая сигналы через нервные волокна в мозг. Тем не менее, для окончательного подтверждения этой теории и понимания полной роли зубов в процессе эхолокации дельфинов необходимо провести дополнительные эксперименты. В частности, ученые планируют провести физиологические и биомеханические исследования, чтобы более точно выяснить, как именно зубы взаимодействуют с другими элементами слуховой системы дельфинов. Открытие о том, что дельфины используют свои зубы для улавливания звуковых волн, значительно расширяет наши представления о механизмах их эхолокации. Это исследование подчеркивает, насколько уникальной и сложной может быть система восприятия у морских млекопитающих, и открывает новые пути для дальнейших исследований в области биологии и акустики.

Другие интересные новости:

▪ Ревматиков и спортсменов - на мороз

▪ Датчик изображения типа CMOS с глобальным затвором и расширенным динамическим диапазоном

▪ Иностранный язык можно выучить во сне

▪ Молекулярный электронный чип

▪ Смартфоны от ViewSonic

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Телевидение. Подборка статей

▪ статья Промывание мозгов. Крылатое выражение

▪ статья Почему скорость на море измеряется в узлах? Подробный ответ

▪ статья Чистильщик, смазчик. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Индикатор КЗ-витков в катушках с ферромагнитными магнитопроводами. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Люминесцентная линейная шкала. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026