Файл: Федеральное агентство по рыболовству Федеральное государственное бюджетное образовательное.docx
Добавлен: 29.10.2023
Просмотров: 19
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
В результате расчетов, которые проводились для такой реакции [4], было получено уравнение, связывающее производство энтропии со временем
Графическое изображение этой зависимости приведено на рис. 2
Рис. 2 Зависимость скорости возникновения энтропии от времени
Изменение энтропии при других неравновесных процессах
Изменение энтропии при теплопроводности
Пусть имеется изолированная система, в которой есть две части. Каждая часть имеет свою температуру, по каждой части температура распределена равномерно, то есть каждая часть находится в локальном равновесии. Пусть температура первой части больше, чем температура второй части, т. е. T1 T2.
В изолированной системе изменение энтропии deS будет равно нулю, поскольку обмена энтропией с внешней средой нет. Объем каждой части постоянен, то есть работа не совершается. Получается, что обмен энергией в каждой части будет связан только потоком теплоты, причем увеличение количества теплоты в одной части будет однозначно связано с уменьшением количества теплоты во второй части. Поэтому будет справедливо соотношение:
dQ1 dQ2 dQ.
Каждая часть системы характеризуется температурой и энтропией, а полное изменение энтропии внутри системы будет равно
Теплота переходит только от горячего к холодному, поэтому раз T1 T2, то получается, что diS 0 .
Изменение энтропии при расширении газа
Обычно, говоря о равновесном процессе, приводят пример с расширением газа в цилиндре с поршнем. Если рассматривать реальный необратимый процесс расширения, который протекает не бесконечно медленно с бесконечно малым воздействием на поршень, а за конечное время, то очевидно, что давление в объеме газа p
газ будет больше, чем давлением на поршень pпорш. Именно разность давлений и будет перемещать поршень при расширении газа. Считается, что приращение энтропии при этом определяется уравнением:
Изменение энтропии при диффузии
Как известно, в системе возможны необратимые процессы переходов потоков вещества из одной части системы в другую. Такие процессы называются диффузией. Если химические потенциалы двух соприкасающихся частей системы различаются друг от друга, то начинается процесс диффузии, который будет идти до тех пор, пока потенциалы не сравняются. Выразим скорость возрастания энтропии через химические потенциалы.
Пусть имеется система, в которой две части и температура T в каждой части одинакова. Однако в одной части химический потенциал равен 1 и число молей n1, а в другой части химический потенциал равен 2 и число молей равно n2.
Конечно, диффузия не относится к химическим превращениям, но ее тоже можно описать с помощью понятий химического потенциала и глубины химической реакции:
dn1 dn2 d .
Изменение энтропии равно:
Если в рассматриваемом процессе сумма изменения внутренней энергии и произведения давления на изменение объема равна нулю, то получаем, что перенос частиц из одной части системы в другую, то есть непосредственно процесс диффузии приводит к выражению:
Согласно второму закону термодинамики эта величина положительна, следовательно, перенос частиц возможен из части системы с высоким химическим потенциалом во вторую часть, где потенциал ниже.
Вывод
Рассмотрены основные варианты расчета изменения энтропии в неравновесных процессах. Приведены краткие сведения о характеристиках неравновесных процессов и об изменении энтропии в них.