Энтропия термодинамически необратимых процессов

Кроме тех свойств энтропии, о которых говорилось, она является критерием возможности и направления процессов, а также состояния термодинамического равновесия в изолированных или адиабатно-изолированных системах. Если в изолированной системе протекает самопроизвольный необратимый процесс, то, как следует из (II, 104), энтропия возрастает. Условие (II, 104) является условием осуществимости данного процесса в изолировашюй системе. Процессы, для которых энтропия у.мепьшаегся, т. е, Д5<0, неосуществимы в изолированных системах. Если процесс возможен в прямом и обратном направлениях, то в изолированной системе он будет протекать в том направлении, которое сопровождается увеличением эптропни. При протекании процессов в изолированной системе энтропия ее увеличивается и одновременно система приближается к состоянию равновесия. Когда система достигнет состояния равновесия, то все процессы прекратятся, и энтропия будет [c.115]

Поделив неравенство (4.31) на Т, получим неравенство Клаузиуса, которое определяет, что термодинамически необратимые процессы в изолированной системе проходят только с возрастанием энтропии. Неравенство (4.31) может быть доказано с помощью логических рассуждений при рассмотрении работы тепловой машины. [c.94]

Энтропия термодинамически необратимых процессов [c.94]

Все рассмотренные выше термодинамические соотношения, раскрывающие смысл второго закона термодинамики, относятся к замкнутым системам. В открытых системах энтропия может изменяться в результате обмена вещества с внешней средой. Тогда в уравнении (235) появится дополнительный член, учитывающий изменение количества вещества (числа молей) в системе. Более подробно этот вопрос не будет здесь обсуждаться следует лишь упомянуть о том, что изучение открытых систем открывает возможность для применения второго закона термодинамики к живым организмам. Ранее вызывала сомнение сама возможность применения второго закона термодинамики к живым организмам, поскольку такие системы характеризуются сложными процессами (из почти бесструктурной клетки развивается сложно организованная система), связанными с понижением энтропии. В то же время в организме постоянно происходят необратимые процессы, вызывающие увеличение энтропии. Частично энтропия может передаваться во внешнюю среду в процессе теплообмена, в большей степени она переходит во внешнюю среду при обмене веществ. [c.241]

Вероятность перехода молекул из заполненного сосуда, содержащего молекулы, в пустой сосуд равна 1. Без компенсации этот процесс проходит неравновесно и определяется как термодинамически необратимый процесс. Этот процесс определяет переход системы из менее вероятного состояния в более вероятное и характеризует возрастание в такой системе энтропии. Таким образом, между энтропией и вероятностью состоя- [c.82]

Движущей силой самопроизвольно протекающих процессов в изолированной системе при стандартных условиях является изменение энтропии A.S°. Укажите, положительным, отрицательным или равным нулю является это изменение для термодинамически обратимых и термодинамически необратимых процессов. Почему изменение энтропии часто называют критерием протекания процессов в изолированных системах [c.24]

Энтропия в термодинамически необратимом процессе, протекающем в изолированной системе, возрастает, Д5 > 0. Это возрастание энтропии можно продемонстрировать на примере теплообмена путем теплопроводности между двумя соприкасающимися веществами А и В, обладающими рааличной температурой Т >Тв (рис. 36, система 2). Между этими веществами будет происходить необратимый процесс самопроизвольной передачи теплоты от более нагретого вещества А к менее нагретому веществу В. Предположим, что перешедшее количество теплоты 2 очень мало, и, следовательно, температуры Та и Тв изменяются незначительно. Тогда для вещества А изменение энтропии составит Д5а —((2/Та), а для вещества В Д5в = О/Тв. Общее изменение энтропии в системе будет отвечать алгебраической сумме этих изменений Д5 = + А5в = О Так [c.124]

Процессы транспорта через мембраны не могут рассматриваться как термодинамически равновесные, и поэтому для описания мембранного транспорта может быть использована только термодинамика необратимых процессов. В неравновесных процессах (и, следовательно, в мембранном транспорте) свободная энергия непрерывно рассеивается (если поддерживается постоянная движущая сила), а энтропия производится. Эта скорость увеличения энтропии вследствие необратимых процессов описывается с помощью диссипативной функции ф, выраженной в виде суммы всех необратимых процессов, каждый из которых может быть описан как произведение сопряженных потоков (7) и сил (X). [c.217]

Одной из основных термодинамических функций, которая может характеризовать трение и изнашивание в системе при таком подходе, является энтропия. Считается, что в процессах трения и изнашивания энтропия системы растет и стремится к максимуму [264, 268]. Следует отметить, что общее изменение энтропии системы складывается из изменения энтропии вследствие обмена теплом и веществом с внешней средой и изменения энтропии в результате процессов, протекающих внутри самой системы. При этом поступающая энтропия может быть (в зависимости от характера процесса) положительной или отрицательной, а также равной нулю, в то время как энтропия процессов, протекающих внутри самой системы, должна быть равна нулю для обратимых (или равновесных) процессов и положительна для необратимых превращений, к которым относятся трение и изнашивание. [c.250]

Лекция 5, Равновесные, неравновесные, обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики. Энтропия и термодинамическая вероятность состояния системы. [c.209]

Скорость движения системы в фазовом пространстве по направлению к состоянию равновесия определяется суммированием скоростей движения по каждой из п координат. При этом основное соотношение термодинамики необратимых процессов применительно к замкнутой адиабатической системе определяет суммарную скорость изменения состояния системы (скорость возникновения энтропии) как сумму произведений термодинамических движущих сил на соответствующие коэффициенты, определяющие скорость движения системы вдоль одной из координатных осей и ) [c.16]

Первое слагаемое в (1.252) определяет приращение энтропии смеси за счет притока энтропии извне из-за обмена с внешней средой, остальные слагаемые определяют приращение энтропии смеси за счет необратимых процессов внутри фазы или между фазами, за счет агрегации частиц и представляют сумму произведений термодинамических сил на термодинамические потоки. [c.82]

В реальных условиях процессы протекают с конечной скоростью, а, следовательно, термодинамически необратимо. Направление протекания процессов в изолированных системах определяется с помощью принципа возрастания энтропии. Этот принцип определяет, что энтропия изолированной системы при неравновесном протекании процессов в ней увеличивается. [c.83]

Таким образом, энтропия изолированной системы никогда не может уменьшаться. В крайнем случае, если протекают только обратимые процессы, она остается постоянной. Отсюда следует, что энтропия изолированной системы, находящейся в термодинамическом равновесии (т. е. в состоянии, в котором все возможные необратимые процессы в системе уже прошли), имеет наибольшее значение, возможное при данных условиях. Это значение в математическом смысле в большинстве случаев является стационарным. Приведенные рассуждения дополняют второй закон и являются основой для формулировки условий равновесия (гл. И). Если рассматривать вселенную как изолированную систему, то приходим к утверждению Клаузиуса, приведенному в 1. [c.28]

Энтропия (37, 38)—термодинамическая координата состояния, отвечающая теплообмену. Неизмеряемая функция состояния системы, определяемая вторым началом термодинамики. Мате.матичсский аппарат термодинамики фактически построен на использовании свойсти внутренней энергии и энтропии. Особое значение в химии имеет в связи с вычислением химических потенциалов и констант равновесия химических реакций. Вычисление (62) идеального газа (75, 83) газа Ван-дер-Ваальса (77) статистические расчеты (207, 220, 221). Возрастание энтропии при необратимых процессах связано с дополнительным источником теплоты — некомпенсированной теплоты Клаузиуса (284) — переходом в теплоту потерянной части работы. Важным разделом линейной термодинамики необратимых процессов является вычисление скорости возрастания энтропии (источник энтропии). [c.317]

Для необратимых процессов, протекающих в изолированных системах, энтропия и термодинамическая вероятность растут и достигают максимального значения при установлении в системе равновесного состояния. Таким образом, между энтропией и термодинамической вероятностью существует зависимость, которую Больцман Б общей форме выразил уравнением [c.151]

Для изолированной системы изменение энтропии, сопровождающее процесс, позволяет предсказать, будет ли реакция необратимой или обратимой. Как было показано, изменение энтропии положительно, если процесс самопроизвольный, и равно нулю, если процесс обратимый. Эти критерии не могут быть использованы для закрытых систем, для которых вводятся две новые термодинамические функции свободная энергия Гиббса (G) и свободная энергия Гельмгольца (F). [c.89]

Однако, не только энтропия, но в частных случаях и такие параметры состояния, как термодинамические потенциалы, могут служить критериями необратимости процесса и равновесия системы. [c.87]

В необратимых термодинамических процессах полезная работа меньше, а теплота процесса больше, чем в обратимых процессах (см. разд. 11.22). Таким образом, согласно законам природы, теплота, теряемая системой при проявлении некоторой необратимости процесса, возрастает, а поглощаемая теплота уменьшается. Поскольку величина изменения состояния системы не зависит от характера протекания процесса, то изменение энтропии системы (как функции состояния), вне зависимости от характера протекания процесса остается одним и тем же. Из этого следует, что равенство (П.55) в приложении к необратимым термодинамическим процессам превращается в неравенство [c.96]

Следовательно, целесообразно определить степень необратимости рассматриваемого стандартного процесса не с помощью количества переданной теплоты Q, а с помощью величины Q/6, где 0 — некоторая величина, количественно удовлетворяющая принятому определению температуры. Как только функция 0 будет определена, количественная характеристика степени деградации энергии окажется законченной. Мы удостоверимся в дальнейшем, что 0, которую Кельвин назвал термодинамической температурой, может быть полностью отождествлена с температурой абсолютной шкалы, которую мы раньше определили с помощью идеального газа. Поэтому положим 0 = 7". Значение приведенного тепла Q/7 в этом процессе мы можем назвать возрастанием энтропии системы пружина — резервуар. Если Sa — энтропия в начале процесса, а Sb — в конце, то в соответствии с принятым определением можем записать [c.95]

Термодинамические свойства естественно связать с какой-либо термодинамической характеристикой. Мы уже обращали внимание на то, что термодинамика необратимых процессов трактует скорость изменения энтропии. Представляется интересным найти связь термодинамических сил с этой величиной. Найдем эту связь для ранее рассмотренного простейшего случая падающих шариков. Энтропия системы в этом случае растет из-за выделения тепла при трении. В единицу времени сила X, действуя на один шарик, совершит работу Хи. В единице объема имеется С шариков, и поэтому количество выделившегося тепла составит Xv . Рост энтропии в единице объема за единицу времени (S) определится приведенным теплом. Таким образом, TS = Xv . Так как поток шариков J = v , то TS = XJ. [c.415]

Характер изменения энтропии в ходе термодинамических процессов позволяет разделить их на два класса. К первому классу относятся так называемые необратимые процессы, в ходе которых энтропия возрастает. Ко второму классу относятся обратимые процессы, в ходе которых энтропия остается неизменной. [c.45]

Роль первого постулата термодинамики необратимых процессов играет предположение о локальном равновесии во всех частях изучаемой системы. Согласно этому предположению неравновесную систему можно представить в виде совокупности макроскопически малых элементов объема, к каждому из которых допустимо применять обычные термодинамические методы — указать для них локальную температуру, давление, вычислить энтропию и т. п. Это позволяет задавать для неравновесной системы поле термодинамических интенсивных параметров (обобщенных сил) с указанием значений этих параметров в окрестностях каждой точки изучаемой системы. Неравновесность системы выражается в том, что в полях термодинамических обобщенных сил будут наблюдаться потоки соответствующих им координат состояний. Такие потоки описывают применяемыми в физике непрерывных сред дифференциальными уравнениями переноса. Это усложняет математическое описание неравновесной системы по сравнению с ее описанием в классической термодинамике. Однако общие методы термодинамики необратимых процессов можно проиллюстрировать на достаточно простых примерах, не усложняя разбор физического смысла проблемы сравнительно сложным аппаратом математической физики явлений переноса. [c.283]

Отметим, что в термодинамической теории необратимых процессов оперируют с источником энтропии или производством энтропии а (это термины-синонимы), а не с потоком некомпенсированной теплоты. Это позволяет рассматривать общий случай термически неоднородной системы, а не только изотермические процессы. Кроме того, величину а можно однозначно связать со значениями термодинамических функций состояния в каждой точке неравновесной системы. [c.285]

Обратим внимание на то, что термодинамическое тождество (II.6) справедливо и для необратимых процессов, если только р и Т соответствуют самой системе, так "как энтропия является функцией состояния и полностью определяется параметрами системы. Однако запись [c.40]

ТЕРМОДИНАМИКА НЕРАВНОВЕСНАЯ (термодина мика необратимых процессов), изучает неравновесные Макроскопич. системы (см. Термодинамическое равновесие), в к-рых протекают необратимые процессы хим. р-ции, диффузия, вязкое течение, перенос тепла, электрич. заряда и др. Полное изменение за время di энтропии системы [c.566]

Для получения количественных показателей эффективности и степени совершенства ХТС в настоящее время все больше используют термоэкономический принцип. Термоэкономика — это подход к анализу ХТС, заключающийся в комбинации термодинамического анализа и экономической оптимизации. Термодинамический анализ описывает и изучает общую направленность течения процесса, закономерности переноса массы и энергии, а также устанавливает общие альтернативы реализации процесса. Определение альтернатив в термодинамике основано на использовании таких категорий, как эффективность, продуктивность, энтропия образования, необратимость, эксергия и др. [c.190]

Проанализируем структуру источника энтропии. В него дает вклад перенос тепла, вещества и импульса, а также химические реакции. Каждый из этих членов представляет собой билинейную форму, содержащую два типа множителей поток или скорость необратимого процесса (с этой точки зрения тензор pij также является потоком, соответствующим переносу импульса, разд. 1.3) и градиент или химическое сродство. Последние величины рассматриваются как обобщенные термодинамические силы, обозначаемые Ха, в случае химических реакций по определению равно А(,Т К Для потоков или скоростей мы используем обозначе- [c.32]

Обратимся к общему выражению (2.23) для производства энтропии. При термодинамическом равновесии для всех необратимых процессов одновременно справедливо, что [c.43]

Термодинамическая вероятность состояния W и энтропия изолированной системы S являются различными мерами стремления системы к равновесию. Обе величины возрастают при необратимых процессах, приближающих систему к равновесию, и достигают максимума при равновесном состоянии системы. Между величинами W и S имеется количественная связь. Общий вид этой связи нетрудно установить, если учесть аддитивность эитропии, которая является суммой энтропий отдельных частей равновесной системы, и мультипликативность вероятности сложного события, которая является произведением вероятностей отдельных независимых событий. [c.107]

При недостаточно критическом применении второго закона термодинамики из него можно сделать принципиально неправильный вывод. Согласно второму закону, в изолированной системе во всех обратимых- процессах энтропия не претерпевает изменений, а в необратимых только возрастает. Поэтому, если течение необратимых процессов не исключено, то энтропия такой системы может только возрастать, и это возрастание должно сопровождаться постепенным выравниванием температуры различных частей системы. Если рассматривать вселенную в целом как систему изолированную (не вступающую ни в какое-взаимодействие с другой средой), то можно заключить, что возрастание энтропии должно привести в конце концов к полному выравниванию температуры во всех частях вселеггной, что означало бы, с этой точки зрения, невозможность протекания каких-нибудь процессов и, следовательно, тепловую смерть вселенной . Такой вывод, впервые четко сформулированный в середине XIX в. Клаузиусом, является идеалистическим, так как признание конца существования (т. е. смерти ) вселенной требует признаиид и ее возникновения. Статистическая природа второго начала термодинамики не позволяет считать его универсально применимым к системам любых размеров. Нельзя утверждать также, что второй закон применим к вселенной в целом, так как в ней возможно протекание энергетических процессов (как, например, различные ядерные превращения), на которые термодинамический метод исследования но может механически переноситься. В определенных видах космических процессов происходит возрастание разности температур, а не выравнивание их. [c.220]

Все термодинамические способы повышения степени рекуперации тепловой энергии в узлах теплообмена и ТС в целом определяются вторым законом термодинамики [7,20-24] идельаные обратимые процессы протекают без изменения энтропии, в то время как в реальных, необратимых процессах, она возрастает. Наиболее отчетливо это видно из анализа идеального цикла Карно, в котором возможно максимальное превращение имеющегося тепла в работу. Если обозначить количество тепла при температуре потока Т через Ц, а -температура окружающей среды, то теоретически максимально возможное количество работы А, получаемое в цикле Карно, равно Q (Т -Т )/Т . Величина TQ/TJ - часть тепла, которое рассеивается в атмосферу (рис. I). Зависимость цикла Карно от температуры =(Т]--Тд)/Т представлена на рис. 2. Из изложенного вытекает несколько важных термодинамических предпосылок, учет которых при синтезе оптимальных ресурсосберегающих ТС позволяет обеспечивать их высокую эффективность. [c.38]

Причиной самопроизвольной эволюции замкн /той системы к состоянию с минимумом термодинамического потенциала является второе начало термодинамики, которое требует обязательности увеличения энтропии 5 в изолированной системе при протекании в ней необратимых процессов. Однако путь такой эволюции классическая равновесная термодинамика предсказать не может. [c.289]

S (тв). 1.4. Энтропия системы увеличивается. 1.5. 4,17 Дж/мольX Хград. 1.6. —107,5 Дж/моль. 2.1. G= F+PV. 2.2. Изменения энтропии не происходит в адиабатическом процессе. 2.3. Это происходит при таких условиях обратимого протекания процессов, когда убыль соответствующей термодинамической функции равна максимальной полезной работе процесса. 2.4. ЛОобр = ДОнеобр = 200 Дж. 2.5. —189 Дж/град. Вывода о направлении реакции сделать нельзя, так как энтропия является критерием направленности процессов только в изолированных системах. 2.6. —1,72-10 Дж. 3.1. В этих условиях максимальная полезная работа совершается за счет убыли энергии Гиббса Л маис = —ДО. 3.2. Обратимый процесс dS = >=0 необратимый процесс dS > 0. 3,3. Так как зависимость [c.91]

В термодинамике химических реакций принцип возрастания энтропии как критерий направленности и полноты их протекания играет особую роль. На основе этого принципа де Донде, трактуя химическую реакцию как необратимый процесс, предложил подсчитать некомпенсированную (по Клаузиусу) теплоту реакции или, лучше сказать, обусловленное протеканием химической реакции возрастание энтропии непосредственно в ходе ее течения. Для этого де Донде ввел новую функцию состояния — химическое сродство, которая характеризует и тесно связана с термодинамической необратимостью, а следовательно, и с возрастанием энтропии (см. также гл. УП). [c.112]

Это означает, что поток данного свойства опреде.лястся не только градиентом самого этого свойства, но градиентами других, чужих свойств. Учитывая наблюдаемое на опыте влияние разных потоков друг на друга, Онзагер в качестве второго постулата ввел соотношение взаимности Lik = Lhi. Если сила Xk, определяемая градиентом к, действует на поток свойства i, то точно так же градиент свойства I действует ка поток свойства к. Термодинамические силы X целесообразно связать с какой-либо термодинамической функцией, определяющей направление процессов. Внутри систем энтропия возникает — генерируется благодаря протеканию необратимых процессов. Скорость ее возрастания в единице объема S характеризует необратимость процесса. Рассмотрим падение шариков в вязкой жидкости. При достижении стационарного состояния скорость их падения v постоянна. Еслн число шариков в единице объема равно С, то их поток, т. е. общее их число, пересекающее единицу горизонтальной поверхности за единицу времени, составляет I= v, а сила тяжести совершает при этом работу vX или IX. Вследствие трения эта работа превращается в тепло. Скорость выделения тепла q = dqldt согласно уравнениям, вытекающим пз второго закона термодинамики, определяется уравнением q = TS, где S = rfS/d< — скорость роста энтропии. Отсюда следует, что Г5 = = Х. Это уравнение распространяют и на другие силы. С учетом того, что общее увеличение энтропии равно сумме приростов энтро-ппи, обусловлеи1П>1х отдельными силами, получим [c.293]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология