'

Второй закон термодинамики. Энтропия

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

1 Второй закон термодинамики. Энтропия Энтропия: основные определения Изменение энтропии в различных процессах: изохорном изобарном изотермическом адиабатическом Энтропия фазового перехода: правило Трутона


Слайд 1

2 Самопроизвольные процессы Процессы, которые совершаются в системе без вмешательства со стороны окружающей среды называются самопроизвольными. В этих процессах всегда уменьшается внутренняя энергия системы. Энергия передается в окружающую среду в виде теплоты или работы. В самопроизвольном процессе работа превращается в теплоту Эндотермические процессы тоже могут быть самопроизвольными. Они производят работу за счет теплоты окружающей среды


Слайд 2

3 Самопроизвольные процессы Рассеяние энергии


Слайд 3

4 Второй закон термодинамики Определение Невозможно протекание самопроизвольного процесса, в котором теплота превращается в работу. Только превращение работы в теплоту может быть единственным результатом самопроизвольного процесса. (Томсон)


Слайд 4

5 Несамопроизвольные процессы Процессы, которые не могут совершаться в системе без вмешательства со стороны окружающей среды называются несамопроизвольными. Для этих процессов необходима передача энергии из окружающей среды в виде теплоты или работы В каких системах могут протекать несамопроизвольные процессы: открытых закрытых изолированных ? Приведите примеры несамопроизвольных процессов


Слайд 5

6 Обратимые процессы Если после протекания процесса систему и окружающую среду можно вернуть в прежнее состояние то процессы называются обратимыми. Пример: расширение газа в сосуде без трения. В условиях трения для перехода в прежнее состояние необходимо затратить работу, которая приведет к изменению энергии окружающей среду и процесс будет необратимым. Работа, совершаемая при обратимом процессе – максимальная. работа теплота теплота


Слайд 6

7 Второй закон термодинамики Определение Невозможно проведение процесса, в котором вся теплота поглощенная из окружающей среды полностью превращается в работу (вечный двигатель второго рода). (Оствальд) Источник тепла двигатель работа Поток энергии теплота


Слайд 7

8 Необратимые процессы Если после протекания процесса системы и окружающую среду нельзя вернуть в прежнее состояние без изменений, то такие процессы называются необратимыми. Во всех необратимых процессах происходит превращение работы в теплоту. Во всех необратимых процессах происходит выравнивание термодинамических параметров (Т, Р). Система переходит в состояние равновесия. Пример: рассеяние энергии в окружающую среду в виде теплового движения (хаотичное рассеяние энергии) Еще примеры?


Слайд 8

9 Типы процессов Название процесса Определение Самопроизвольный Несамопроизвольный Необратимый Процесс, который совершается в системе без вмешательства со стороны окружающей среды Обратимый Процесс, для проведения которого необходимо вмешательство со стороны окружающей среды Процесс, после проведения которого систему и окружающую среду нельзя вернуть в прежнее состояние без изменений Процесс, после проведения которого система и окружающая среда возвращается в первоначальное состояние без изменений в системе и окружающей среде


Слайд 9

10 Принцип Каратеодори Для прямого процесса: Q=?U + W1 Для обратного процесса: ?U = W2 Q = (W1 + W2) > 0 В термодинамической системе могут быть такие состояния, которых невозможно достигнуть адиабатическим путем (без передачи теплоты) Процесс 2 невозможен (из определения второго закона термодинамики) Сообщение теплоты к системе меняет энтропию ?S = f(Q) U Q>0 Q=0 U1 U2 1 2


Слайд 10

11 Энтропия Энтропия – это функция беспорядка в системе. Во втором законе термодинамики энтропия используется для определения самопроизвольных процессов. Самопроизвольный процесс всегда сопровождается рассеянием энергии в окружающую среду и повышением энтропии.


Слайд 11

12 Зависимость энтропии от теплоты для обратимых процессов Разделим на Т:


Слайд 12

13 Термодинамическое определение энтропии В результате физического или химического процесса всегда происходит изменение энтропии. Изменение энтропии показывает какое количество энергии беспорядочно рассеивается в окружающую среду в виде теплоты (при определенной температуре). обр


Слайд 13

14 Изменение энтропии в необратимых и обратимых процессах Энтропия является критерием возможности и направленности протекания процессов. Энтропия является критерием состояния термодинамического равновесия. В обратимом (равновесном) процессе: ?S = 0 Энтропия в изолированной системе, при протекании самопроизвольного процесса всегда возрастает. Необратимый процесс является самопроизвольным и поэтому приводит к увеличению энтропии. ?S ? 0


Слайд 14

15 Неравенство Клаузиуса Энтропия является критерием самопроизвольного изменения в системе: Для необратимого процесса энтропия окружающей среды: Для любого процесса: Для изолированной системы:


Слайд 15

16 Применение неравенства Клаузиуса Пример 1. Неравновесный адиабатический процесс Для любого типа самопроизвольного процесса энтропия возрастает. Теплота не передается в окружающую среду


Слайд 16

17 Применение неравенства Клаузиуса Пример 2. Необратимый изотермический процесс (Т = const) если газ расширяется самопроизвольно в вакуум:


Слайд 17

18 Применение неравенства Клаузиуса Пример 3. Необратимое охлаждение источник энергии: холодильник: Общее изменение энтропии: Вывод: необратимое охлаждение является самопроизвольным процессом Источник энергии холодильник


Слайд 18

19 Второй закон термодинамики Определение Невозможно проведение процесса, в котором теплота передается от холодного тела к горячему. Только передача теплоты от горячего тела к холодному может быть единственным результатом самопроизвольного процесса. (Клаузиус)


Слайд 19

20 Расчет энтропии Термодинамическое определение энтропии: Энтропия каждого состояния системы относительно какого-либо выбранного состояния определяется: Энтропия – функция состояния. Поэтому можно рассчитать изменение энтропии между начальным и конечным состоянием системы. обр обр обр


Слайд 20

21 Изменение энтропии в различных процессах с идеальным газом


Слайд 21

22 Изменение энтропии в изотермическом процессе Или:


Слайд 22

23 Изменение энтропии в изохорном процессе


Слайд 23

24 Изменение энтропии в изобарном процессе


Слайд 24

25 Изменение энтропии в адиабатическом процессе


Слайд 25

26 Изменение энтропии при фазовом переходе Процессы: кристаллизация кипение испарение плавление конденсация сублимация возгонка Чему равно изменение энтропии? исп плав плав исп


Слайд 26

27 Правило Трутона При постоянном давлении: Изменение молярной энтропии: Правило Трутона Экзотермические процессы ( ): - кристаллизация - конденсация - сублимация Эндотермические процессы ( ): - плавление - испарение - возгонка


Слайд 27

28 Второй закон термодинамики Зависимость энтропии от температуры Изменение энтропии при диффузии газов исп плав плав исп


Слайд 28

29 Зависимость энтропии от температуры P = const: если Cp = const:


Слайд 29

30 Зависимость энтропии от температуры если Cv = const: V = const:


Слайд 30

31 Изменение энтропии в сложном процессе исп плав плав исп твердое газ плав исп жидкое кипение плавление


Слайд 31

32 Изменение энтропии при диффузии газов Диффузия – это самопроизвольный необратимый процесс Xi – мольная доля


Слайд 32

33 Второй закон термодинамики Обратимые процессы: цикл Карно Тепловые машины адиабата адиабата объем изотерма изотерма давление


Слайд 33

34 Энтропия – функция состояния Энтропия не зависит от пути процесса, а зависит от начального и конечного состояния системы. Энтропия кругового процесса (цикла) равна 0. начальное состояние конечное состояние давление объем


Слайд 34

35 Цикл Карно 1. Обратимое изотермическое расширение от A до B при Th. ?S = Qh/Th. Qc ?0 2. Обратимое адиабатическое расширение от B до C. ?S = 0. Th >Tc 3. Обратимое изотермическое сжатие от C до D при Tc. ?S = Qc/Tc. Qc < 0 4. Обратимое адиабатическое сжатие от D до A. ?S = 0. Tc >Th адиабата адиабата объем изотерма изотерма давление


Слайд 35

36 Общее изменение энтропии


Слайд 36

37 Применение цикла Карно Каждый обратимый процесс может быть представлен как несколько циклов Карно. давление объем не входит в расчет


Слайд 37

38 Коэффициент полезного действия тепловой машины холодильник Источник энергии двигатель


Слайд 38

39 Теорема Нернста Изменение энтропии при любом физическом или химическом процессе стремится к нулю, если температура стремится к нулю: ?S > 0 при T > 0. Все идеальные кристаллы имеют энтропию равную нулю при T = 0.


Слайд 39

40 Третий закон термодинамики Если энтропию каждого элемента в его наиболее стабильном состоянии принять равной нулю при T = 0, тогда каждое вещество обладает положительной энтропией, которая при T = 0 становится равной нулю.


Слайд 40

41 Энтропия химической реакции Стандартная энтропия химической реакции ?S° - это разность между суммой молярных энтропий продуктов и реагентов в стандартном состоянии (с учетом стехиометрических коэффициентов): продукты реагенты


Слайд 41

42 Расчет энтропии Гальванический элемент продукты Химическая реакция Расчет реагенты продукты реагенты


Слайд 42

43 Критерий самопроизвольного процесса В изолированной системе при постоянном объеме и постоянной внутренней энергии энтропия увеличивается если процесс самопроизвольный. Если энтропия и объем системы постоянны, внутренняя энергия уменьшается в самопроизвольном процессе. Если энтропия системы постоянна, то должно быть увеличение энтропии в окружающей среде, которое достигается при уменьшении энергии системы, т.к. энергия системы передается в окружающую среду в виде теплоты. V, U = const: Неравенство Клаузиуса: V, S = const:


Слайд 43

44 Критерий самопроизвольного процесса Энтропия системы при постоянном давлении и при постоянной энтальпии увеличивается (при этом не происходит изменения энтропии в окружающей среде) Если энтропия и давление системы постоянны, то энтальпия системы уменьшается (при этом происходит увеличение энтальпии в окружающей среде, которое достигается при увеличении энергии системы, т.к. энергия системы передается из окружающей среды в систему в виде теплоты. ) Неравенство Клаузиуса: P, H = const: P, S = const:


×

HTML:





Ссылка: