Определение энтропии

Энтропия

Понятие об энтропии. Цикл Карно.

Занятие №17.

Энтропия – функция состояния термодинамической системы, которая характеризует хаотичность (неупорядоченность) системы. Энтропию часто называют приведенной теплотой, т.к. она оказывает отношение теплоты до абсолютной температуры газа.

Энтропия порождается всеми процессами, она связана с потерей системы способности совершать работу. Рост энтропии – стихийный процесс. Если объем и энергия системы постоянны, то любое измение в системе увеличивает энтропию. Если же объем или энергия системы меняются, энтропия системы уменьшается. Однако, энтропия вселенной при этом не уменьшается.

Для того, чтобы энергию можно было использовать, в системе должны быть области с высоким и низким уровнями энергии. Полезная работа производится в результате передачи энергии от области с высоким уровнем энергии к области с низким уровнем энергии.

· Изменение энтропии > 0
Необратимый процесс

· Изменение энтропии= 0
Обратимый процесс

· Изменение энтропии < 0
Невозможный процесс (неосуществимый)

Энтропия определяет относительную способность одной системы влиять на другую. Когда энергия двигается к нижнему энергетическому уровню, где уменьшается возможность влияния на окружающую среду, энтропия увеличивается.

Энтропия определяется как:

S = I / T,

Где S – энтропия (кДж/кг*К),

I – энтальпия (кДж/кг),

T – абсолютная температура (K).

Изменение энтропии системы вызвано изменением содержания тепла в ней. Изменение энтропии равно изменению тепла системы деленной на среднюю абсолютную температуру (T_a):

Сумма значений (i/ T) для каждого полного цикла Карно равна 0. Это происходит из-за того, что каждому положительному I противостоит отрицательное значение i.

Энтропия адиабатически изолированной системы не меняется!

Пример – Энтропия при нагревании воды

Процесс нагревания 1 кг воды от 0 до 100^oC (273 до 373 K) при нормальных условиях.

Удельная энтальпия для воды при 0^oC = 0 кДж/кг (удельная – на единицу массы)

Удельная энтальпия для воды при 100^oC = 419 кДж/кг

Изменение удельной энтропии:

dS = dH / T_a

= ((419 кДж/кг) – (0 кДж/кг)) / ((273 К + 373 К)/2)

= 1.297 кДж/кг*К

Пример – Энтропия при испарении воды

Процесс превращения 1 кг воды при 100^oC (373 K) в насыщенный пар при 100^oC (373 K) при нормальных условиях.

Удельная энтальпия пара при 100^oC (373 K) до испарения = 0 кДж/кг

Удельная теплота парообразования 100^oC (373 K) при испарении = 2 258 кДж/кг

Изменение удельной энтропии:

dS = dH / T_a

= (2 258 – 0) / ((373 + 373)/2)

= 6.054 кДж/кг*К

Полное изменение удельной энтропии испарения воды – это сумма удельной энтропии воды (при 0^oC) плюс удельная энтропия пара (при температуре 100^oC).