MS PowerPoint, 1,25 Мб

Основные понятия и законы физики
01
Л.3 Энтропия и законы термодинамики
Энтропия – два определения, да ещё стихи
S  k B ln 
dS 
Q
T
«Энергия –миров царица…
Статистическое определение энтропии
Термодинамическое определение энтропии
03
S  k B ln  (3.01)
Статистическое определение
энтропии МАС любой системы
Nc !

(3.02)
( N c  N p )!
Различимые частицы:
Студенты и т.п.
ln N !  N ln N  N
Nc !

(3.03)
N p !( N c  N p )!
Неразличимые частицы:
Электроны, протоны и т.п.
Cell –ячейка, particle- частица
dS 
Q
T
06
(3.04)
Термодинамическое определение
энтропии: приращение энтропии
открытой системы при её переходе
из одного равновесного
состояния в другое
 Q  dWin   A (3.05a)
 Q  dWin  PdV (3.05b)
1-й ЗТД
– 2 функции процесса
1-й ЗТД
– 1 функция процесса
TdS  dWin  PdV (3.05c)
1-й ЗТД –
только функции состояния!
08
Свойства энтропии
Энтропия – скалярная величина
 1
а
S  k B ln   0
б
11
S  k B ln 
Свойства энтропии
Энтропия замкнутой
макросистемы
максимальна, когда система
находится в состоянии
теплового равновесия
б
а
в
Свойства энтропии
Энтропия замкнутой
макросистемы возрастает в
процессе релаксации, т.е.
перехода в состоянии
теплового равновесия
13
S  k B ln 
б
а
в
tа  tб  tв
Типичный график зависимости энтропии замкнутой
системы от времени в процессе релаксации
в
б
а
S  Smax 1  exp  t /  r  (3.06)
16
18
Свойства энтропии
Энтропия – аддитивная величина, если подсистемы не
взаимодействуют
   a b (3.07a)
S  k B ln  a  k B ln b (3.07b)
a
b
Свойства энтропии
 a  b  c
Энтропия – количественная
мера хаотичности МАС
c
S a  Sb  S c
a
b
20
22
Энтропия не сохраняется,
она производится во всех природных процессах
a
Sa  0
S b  0
Холодная
Поток тепла. Система релаксирует. Энтропия
СИСТЕМЫ возрастает за счёт теплообмена и
увеличения объёма, доступного частицам.
b
Горячая
S  0
Энтропия – мера беспорядка – при фиксированной
температуре растёт с увеличением объёма
24
Энтропия – мера беспорядка – при фиксированном
объёме растёт с увеличением температуры
26
Энтропия классического ИГ – высокие температуры!
f T 
 V 
S  S0  Nk B  ln    ln    (3.08)
 V0  
 2  T0 
Многоатомные
молекулы
f - число степеней свободы молекулы
f = f пост+fвращ +2f колеб
28
30
Для процессов релаксации в
замкнутых системах – закон
неубывания энтропии, 2-й ЗТД
Для равновесных процессов в
открытых системах – термодинамическое определение
энтропии
Неравенство Клаузиуса:
для любых процессов в
любых системах
dS  0 (3.09)
dS 
dS 
Q
T
Q
T
(3.10)
35
3-й ЗТД – при
уменьшении
температуры любой
системы её энтропия
стремится к нулю
T  0 S  0 (3.11)
Цикл Карно с помощью энтропии –
такой простой прямоугольник
36
Связь этой лекции с вопросами ННЗ - буклет
3. 1-й закон термодинамики.
4. 2-й закон термодинамики (минимум три
формулировки, примеры).
9. Энтропия и её свойства.
Примеры решения простеньких задач…