Entropiya tushunchasi turli fanlarda qo'llaniladi: fizika, kimyo, matematika, biologiya, sotsiologiya. Bu so'zning o'zi yunon tilidan olingan va "o'zgartirish, o'zgartirish" degan ma'noni anglatadi. Oddiy so'z bilan aytganda, bu nima? Aytishimiz mumkinki, bu har qanday tizimdagi tartibsizlik, tasodifiylik o'lchovidir. Buyurtma qanchalik past bo'lsa, uning qiymati shunchalik katta bo'ladi. Agar kitoblar javonda bo'lsa, ular qoziqdagidan ko'ra kamroq tartibsizdir.

Ushbu atamaning ta'rifi uni qo'llash sohasiga bog'liq. Umuman olganda, biz bu tartibsizlik va energiyaning qaytarilmas tarqalishining o'lchovidir, deb aytishimiz mumkin. Tizim qanchalik tartibli bo'lsa, energiya shunchalik to'plangan. Misol uchun, sovuq suvga issiq narsalarni qo'ysak, u asta-sekin soviydi va suv qiziydi. Ikkinchi holda, entropiya kattaroqdir.

Muhim! Entropiya tartibsizlikni tavsiflaydi. U qanchalik katta bo'lsa, tizim kamroq buyurtma qilinadi.

Har qanday narsa tizim sifatida harakat qilishi mumkin. Fizika yoki kimyoda bu odatda gaz, suyuqlik, qattiq, ma'lum miqdordagi zarralar to'plamidir. Kompyuter fanida bu matn, sotsiologiyada bir guruh odamlar bo'lishi mumkin.

Entropiya atamasi

Fizikada

Bu atama fizikaning termodinamika va statistik fizika kabi sohalarida qo'llaniladi. Termodinamika energiyani uzatish va aylantirish usullarini o'rganadi. U harorat tushunchasidan foydalanish mumkin bo'lgan jarayonlar bilan bog'liq. Bu tushuncha birinchi marta termodinamikada qo'llanilgan. Uni nemis olimi Rudolf Klauzius kiritgan. Statistik mexanika buning uchun ehtimollik nazariyasi usullaridan foydalangan holda, cheklangan miqdordagi zarrachalar tizimlarining xatti-harakatlarini o'rganadi.

Fizikaning turli sohalarida bu atama biroz boshqacha ma'noni anglatadi. Termodinamikada bu energiyaning qaytarilmas tarqalishining o'ziga xos xususiyatidir. Statistik fizikada bu qiymat qandaydir holatning ehtimolini ko'rsatadi.

Termodinamikada

Entropiya jismoniy jarayonlarning yo'nalishini ko'rsatadigan yagona miqdordir. Bu nima degani?

• Izolyatsiya qilingan, ya'ni atrofdagi jismlar bilan na materiya, na energiya almashmaydigan tizimda jarayonlar doimo shunday davom etadiki, tartibsizlik kuchayadi. Maksimalga erishgandan so'ng, u doimiy bo'lib qoladi. Bu termodinamikaning ikkinchi qonunining mohiyatidir.
• Qaytariladigan jarayonlar buzilishni o'zgartirmaydi.
• Qaytarib bo'lmaydigan jarayonlar har doim tartibsizlik kuchayadigan tarzda davom etadi.
  Ochiq tizimda bu qiymat ko'tarilishi yoki doimiy bo'lib qolishi mumkin va buzilishlar kamayadigan bunday jarayonlar mumkin. Ya'ni, tashqi aralashuv orqali biz tartibsizlikni kamaytirishimiz mumkin.

Doimiy tashqi sharoitda bo'lgan har qanday tizim oxir-oqibat muvozanat holatiga keladi va o'z-o'zidan bu holatdan chiqa olmaydi. Bunday holda, uning barcha qismlari bir xil haroratga ega bo'ladi. Bu termodinamikaning nolinchi qonuni.

Balansda tartibsizlik eng ko'p. Misol uchun, bo'linish bilan bo'lingan idish bor. Bir tomonda bir gaz, ikkinchisida - boshqa. Agar bo'linma olib tashlansa, gazlar asta-sekin aralashadi va o'z-o'zidan yana ajralmaydi. Bunday holat gazlar ajratilgan holatdan ko'ra tartibsizroq bo'ladi.

Fizikada bu miqdor tizim holatining funktsiyasidir. Bu tizim parametrlariga bog'liqligini anglatadi:

• harorat;
• bosim;
• hajmi;
• ichki energiya.

Statistik mexanikada

Statistik mexanikada bu tushuncha ma'lum bir holatni olish ehtimoli bilan bog'liq. Misol uchun, bir nechta ob'ektlar yoki zarralar uchun ularni tartibga solish usullari soniga bog'liq.

Ushbu miqdor uchun bir nechta ta'riflar mavjud. Bolzamanning eng oddiy ta'rifi. U holat ehtimolining logarifmini Boltsman doimiysiga ko‘paytirilganga teng: S=k*ln(W).

Foydali video: entropiya nima

Mutlaq qiymat

Entropiya - manfiy bo'lmagan qiymat (noldan katta yoki teng). Harorat mutlaq nolga qanchalik yaqin bo'lsa, u nolga yaqinroq bo'ladi. Bu termodinamikaning uchinchi qonuni. U dastlab 1911 yilda Maks Plank tomonidan ishlab chiqilgan.

Shuningdek, termodinamikaning uchinchi qonuni mutlaq nolga erishib bo'lmasligi printsipi deb ataladi. Bu shuni anglatadiki, buzilishning o'zgarishi bilan bog'liq har qanday jarayonlarda mutlaq nolga (0K yoki -273,15 C) erishish mumkin emas. Bu haroratga faqat cheksiz yaqinlashish mumkin. Olimlar 0 K da tartibsizlik 0 ga teng degan fikrga kelishdi.

Muhim! Buzilishning mutlaq qiymati ma'lum bir haroratda energiyaning o'zgarishi sifatida hisoblanishi mumkin.

Termodinamikada mutlaq qiymat odatda muhim emas, faqat uning o'zgarishi muhim. Biroq, mutlaq qiymatni ham topish mumkin. U moddaning qattiq, suyuq va gazsimon holati uchun turli formulalar bo'yicha hisoblanadi. Bu qiymat J / K yoki J / daraja, ya'ni issiqlik quvvati bilan bir xil birliklarda o'lchanadi. Ushbu qiymatni moddaning massasi yoki mollari soniga bo'lish qulay. Shuning uchun haroratning kelvin yoki daraja bilan o'lchanishiga qarab J / (mol * K) yoki J / (mol * daraja) birliklari ishlatiladi.

Kimyoda

Masalan, kimyoda entropiya nima? Bu tushuncha kimyoviy termodinamikada qo'llaniladi. Ushbu qiymatni o'zgartirish muhimdir. Agar u ijobiy bo'lsa, tizim kamroq tartibli bo'ladi. Buni bilish kimyoviy reaktsiyalar yo'nalishini aniqlash va kimyoviy muvozanatni o'zgartirish uchun muhimdir. Bu atama entalpiya tushunchasi bilan bog'liq - ma'lum bir doimiy bosim ostida issiqlikka aylanadigan energiya.

Buzuqlikni o'zgartirib, reaktsiya o'z-o'zidan davom etishi mumkinligini aniqlash mumkin. Buni faqat energiyani o'zgartirish orqali amalga oshirish mumkin emas, chunki issiqlikning yutilishi bilan sodir bo'ladigan reaktsiyalar va uning chiqishi bilan sodir bo'ladigan reaktsiyalar mavjud. Termodinamikaning ikkinchi qonuniga ko'ra, eng tartibsiz holat yopiq tizimning eng barqaror holatidir. Shuningdek, har qanday yopiq tizim eng kam tartiblangan holatga intiladi. Shuning uchun spontan jarayonlarda tartibsizlik kuchayadi.

Axborot nazariyasida

Axborot entropiyasi har qanday tizimning oldindan aytib bo'lmaydiganligini tavsiflaydi. Masalan, matndagi alifbodan biron bir belgining paydo bo'lish ehtimoli bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, bu funktsiya bitta belgiga tushadigan ma'lumotlar miqdoriga teng. Axborot nazariyasiga ushbu atamani kiritgan olim Klod Shennon dastlab bu miqdorni axborot deb atamoqchi bo'lgan.

Shennon ma'lumot miqdorini oshirish orqali noaniqlikni kamaytirishni taklif qildi. Tizimni soddalashtirish orqali biz noaniqlikni ham kamaytiramiz.

Muhim! Voqeani qanchalik bashorat qilish mumkin bo'lsa, u shunchalik kam ma'lumotga ega va kamroq tartibsizlik.

Ushbu noaniqlik yordamida voqealarni, masalan, ba'zi bir tajriba natijalarini bashorat qilish mumkin. Buning uchun hodisalar alohida qismlarga bo'linadi va ular uchun noaniqlik hisobga olinadi.

Axborot entropiyasi mavjud holatlar soni bilan bog'liq. Bu raqam qanchalik katta bo'lsa, shunchalik katta bo'ladi. Misol uchun, agar biz shaxmatni qoidalarga muvofiq o'ynasak, shaxmat taxtasi uchun bu qiymat donalarni tasodifiy joylashtirganimizdan kamroq bo'ladi. Faqat bir tomonga yoki boshqasiga tushishi mumkin bo'lgan tanga uchun noaniqlik 6 qirrali matritsadan kamroq va 20 qirrali o'lim uchun undan ham kattaroqdir.

Tilning entropiyasi ham mavjud. Bu kontseptsiya ushbu tildagi matn birligiga to'g'ri keladigan ma'lumot miqdorini bildiradi (bir belgi) va har bir harf uchun bit bilan o'lchanadi. Turli tillar uchun bu boshqacha.

Tilda ba'zi belgilar tez-tez uchraydi, boshqalari kamroq, shuningdek, tez-tez uchraydigan belgilar birikmalari ham mavjud. Muayyan belgining paydo bo'lish ehtimolini tahlil qilib, shifrlangan matnni dekodlash mumkin. Axborotning buzilishi, shuningdek, shifrlangan xabarlarni uzatish uchun kerakli tarmoqli kengligini o'rnatishga yordam beradi.

Tibbiyotdan sotsiologiyagacha bo'lgan turli sohalardagi ma'lumotlarni tahlil qilish uchun axborot-entropiya tahlili qo'llaniladi. Oddiy qilib aytganda, tartibsizlikning ortishi yoki kamayishini tahlil qilib, hodisalar o'rtasidagi munosabatlarni o'rnatish mumkin, deb aytishimiz mumkin.

"Axborot entropiyasi" tushunchasi matematik statistika va statistik fizikada ham qo'llaniladi. Bu fanlar turli holatlarning ehtimoli bilan ham shug'ullanadi va ehtimollar nazariyasi usullaridan foydalanadi.

Iqtisodiyotda

Iqtisodiyotda "entropiya koeffitsienti" tushunchasi qo'llaniladi. Bu bozorda sotuvchilarning kontsentratsiyasi bilan bog'liq. Konsentratsiya qanchalik katta bo'lsa, bu koeffitsient yoki indeks shunchalik past bo'ladi. Bu bozordagi firmalar o'rtasida ulushlarning taqsimlanishiga bog'liq bo'lib, bu ulushlar hajmidagi farq qanchalik katta bo'lsa, entropiya koeffitsienti shunchalik katta bo'ladi.

Agar siz ushbu indeksni bozordagi firmalar soniga ajratsangiz, siz nisbiy ko'rsatkichga ega bo'lasiz. U E harfi bilan belgilanadi. Uning qiymati 0 dan 1 gacha. E=0 qiymati monopoliyaga, E=1 esa mukammal raqobatga mos keladi.

Vikipediya nima deydi

Vikipediyada siz ushbu tushunchaning turli ta'riflarini topishingiz mumkin. Eng umumiy energiyaning qaytarilmas yo'qolishi, haqiqiy jarayonning idealdan chetga chiqishi o'lchovidir. Shuningdek, Vikipediyada siz quyidagilarni topishingiz mumkin:

• klassik termodinamikada ushbu atama haqidagi maqolalar;
• biologik ekologiyada;
• koinotning entropiyasi;
• til;
• differensial;
• topologik;
• axborot.

Foydali video: entropiya g'oyasi

Xulosa

"Entropiya" atamasi termodinamikada birinchi marta Rudolf Klauzius tomonidan qo'llanilgan. Fizikadan u boshqa fanlarga keldi. Bu tushuncha tartibsizlik, tasodifiylik, oldindan aytib bo'lmaydiganlikni anglatadi va ehtimollik bilan chambarchas bog'liq. Entropiya tahlili ma'lumotlarni o'rganish va hodisalar o'rtasidagi aloqalarni topishga, fizik va kimyoviy jarayonlarning yo'nalishini aniqlashga yordam beradi.

3.3. Qattiq jismning qo'zg'almas o'q atrofida aylanishi, uning inersiya momenti va kinetik energiyasi.

3.4. impuls momenti. Burchak momentining saqlanish qonuni. Aylanma harakat dinamikasining ikkinchi qonuni.

№4 ma'ruza

4.1. Suyuqlik va gaz harakatining tavsifi. Suyuqlik va gazlarning yopishqoqligi.

4.2. Uzluksizlik tenglamasi.

4.3. Bernulli tenglamasi va undan xulosalar

№5 ma'ruza

5.1. Garmonik tebranishlar.

5.2. Garmonik tebranishlarni qo'shish.

5.3. Perpendikulyar tebranishlarni qo'shish.

5.4. Tebranishlarning differensial tenglamasi.

5.5. Tebranish jarayonlaridagi energiya nisbatlari.

5.6. Matematik va fizik mayatniklarning tebranishlari

5.7. Majburiy tebranishlar tenglamasi. Rezonans

Ma'ruza №6

6.1 Elastik muhitdagi to'lqinlar va ularning turlari. To'lqin old, tekislik va sferik to'lqinlar.

6.2. to'lqin energiyasi

6.3. Qattiq jismdagi elastik to'lqinlar

Ma'ruza №7

7.1. MKning asosiy qoidalari.

Moddaning agregat holatlari

7.2. Tajribali ideal gaz qonunlari

Avogadro qonuni

7.3. Ideal gaz holati tenglamasi

7.4. Ideal gazning molekulyar-kinetik nazariyasining asosiy tenglamasi.

7.5. Maksvellning molekulalarning tezliklar bo'yicha taqsimlanishi qonuni.

7.6. barometrik formula. Boltsman taqsimoti

№8 ma'ruza

8.2. Ideal gazda molekulalarning to'qnashuvi va transport hodisalari

8.3. To'qnashuvlarning o'rtacha soni va molekulalarning o'rtacha erkin yo'li

8.4 Molekulalarning o'rtacha erkin yo'li

8.5. Gazlardagi diffuziya

8.6. Gazlarning yopishqoqligi

8.7. Gazlarning issiqlik o'tkazuvchanligi

8.8. Osmos. Osmotik bosim

№9 ma'ruza

9.1 Molekulalarning erkinlik darajalari bo'yicha energiyaning taqsimlanishi

9.2. Ichki energiya

9.3. Gaz kengayganida bajargan ishi

9.4. Termodinamikaning birinchi qonuni

9.5. Issiqlik quvvati. Mayer tenglamasi

9.6. adiabatik jarayon

9.7. Politropik jarayon

9.8. Issiqlik dvigatelining ishlash printsipi. Karno sikli va uning samaradorligi.

9.9. Entropiya. Entropiyaning fizik ma'nosi. Entropiya va ehtimollik.

9.10. Termodinamikaning ikkinchi qonuni va uning statistik ma'nosi.

Ma'ruza №10

10.1. Haqiqiy gazlar, van der Vaals tenglamasi.

Van der Waals tenglamasi gazning suyultirish jarayonida harakatini yaxshi tasvirlaydi, lekin qattiqlashuv jarayoni uchun yaroqsiz.

10.2.Agregat holatlar va fazali o’tishlarning asosiy xarakteristikalari va qonuniyatlari.

Ikkinchi turdagi fazali o'tishlar. suyuq geliy. Haddan tashqari suyuqlik

10.3. Suyuqlikning sirt tarangligi. Laplas bosimi.

10.4. Kapillyar hodisalar

10.5. Qattiq moddalar

Kristallardagi nuqsonlar

Kristallarning issiqlik xossalari

suyuq kristallar

Ma'ruza №11

11.1. Jismlarning elektr xossalari. Elektr zaryadi. Zaryadning saqlanish qonuni

11.2. Coulomb qonuni

11.3. elektrostatik maydon. Elektr maydon kuchi. maydon chiziqlari.

11.4. elektr dipol

11.5. Kuchlanish vektor oqimi. Ostrogradskiy-Gauss teoremasi

11.6. Zaryadlar harakatida elektrostatik maydon kuchlarining ishi.

11.6. Potentsial. Potensial farq. Nuqtaviy zaryad, dipol, sharning potensiali.

11.7. Elektr maydon kuchi va potentsial o'rtasidagi bog'liqlik

11.8. Dielektriklarning turlari. Dielektriklarning qutblanishi.

11.9. Dielektrikdagi maydon uchun Ostrogradskiy-Gauss teoremasi. Vektorlar munosabati - siljish, - intensivlik va - qutblanish

11.10. Elektrostatik maydondagi o'tkazgichlar

11.11. Tashqi elektrostatik maydondagi o'tkazgich. Elektr sig'imi

11.12. Zaryadlangan o'tkazgichning energiyasi, o'tkazgichlar tizimi va kondansatör

Ma'ruza №12

12.1. Elektr toki. Kuch va oqim zichligi.

12.3. Zanjirning bir jinsli kesimi uchun Om qonuni. Supero'tkazuvchilar qarshiligi.

12.4. Zanjirning bir jinsli bo'lmagan qismi uchun Om qonuni

12.5. Joule-Lenz qonuni. Ish va joriy quvvat.

12.6. Kirchhoff qoidalari

Ma'ruza №13

13.1. Metalllarning elektr o'tkazuvchanligining klassik nazariyasi

13.2. Termion emissiyasi. Vakuumdagi elektr toki.

13.3. Gazlardagi elektr toki. Gaz chiqarish turlari.

Mustaqil gaz chiqarish va uning turlari

Ma'ruza №14

14.1. Magnit maydon. Oqimlarning magnit o'zaro ta'siri. Amper qonuni. Magnit induksiya vektori.

14.2. Bio-Savart-Laplas qonuni. To'g'ri chiziqli va dumaloq oqimlarning magnit maydoni.

14.3. Magnit induksiya vektorining aylanishi. Solenoid va toroid maydoni

14.4. magnit oqimi. Gauss teoremasi

14.5. O'tkazgich va ramkani magnit maydonda oqim bilan harakatlantirish ishi

14.6. Harakatlanuvchi zaryadga magnit maydonning ta'siri. Lorents kuchi

14.7. Moddadagi magnit maydon. Magnitlanish va magnit maydon kuchi.

14.8. Materiyadagi magnit maydon uchun umumiy joriy qonun

14.9. Magnit turlari

15-ma'ruza

15.1. Elektromagnit induksiya hodisasi.

15.2. O'z-o'zini induksiya fenomeni

15.3. Magnit maydon energiyasi

15.4. Maksvellning elektromagnit nazariyasi.

1) Maksvellning birinchi tenglamasi

2) Aralashtirish oqimi. Maksvellning ikkinchi tenglamasi

3) Uchinchi va to‘rtinchi Maksvell tenglamalari

4) Differensial shakldagi Maksvell tenglamalarining to‘liq tizimi

15.5. O'zgaruvchan tok

16-sonli ma’ruza

16.1. Geometrik optikaning asosiy qonunlari. Yorug'likning to'liq ichki aks etishi.

16.2. Sferik sirtda yorug'likning aks etishi va sinishi. Linzalar.

16.3. Asosiy fotometrik kattaliklar va ularning birliklari

17.1 Yorug'likning interferentsiyasi. Yorug'lik to'lqinlarining kogerentligi va monoxromatikligi. Optik yo'l uzunligi va optik yo'l farqi.

17.2. Interferentsiya naqshlarini olish usullari.

17.3. Yupqa plyonkalarga aralashish.

17.4. Optikaning ma'rifati

17.5. Yorug'likning diffraksiyasi va uni kuzatish shartlari. Gyuygens-Frenel printsipi. Difraksion panjara. Fazoviy panjaradagi diffraktsiya. Vulf-Braggs formulasi

17.6. Eng oddiy to'siqlardan Fresnel diffraktsiyasi.

17.7. Parallel nurlardagi diffraktsiya (Fraungofer diffraktsiyasi)

17.8. Fazoviy panjaralardagi diffraktsiya. Vulf-Braggs formulasi.

17.9. yorug'likning polarizatsiyasi. Tabiiy va qutblangan yorug'lik.

17.10. Yorug'likning aks ettirish va sinishi paytida qutblanishi. Brewster qonuni.

17.11.Bir-biriga sinishida qutblanish.

17.12. Polarizatsiya tekisligining aylanishi.

17.13. yorug'likning tarqalishi. Yorug'likning yutilishi (yutilishi).

№18 ma'ruza

18.1. Nurlanishning kvant tabiati. Issiqlik nurlanishi va uning xususiyatlari. Kirchhoff qonuni. Stefan-Boltzmann va Vena qonunlari.

18.2.Fotoeffekt turlari. Tashqi fotoeffekt qonunlari. Fotoelektrik effekt uchun Eynshteyn tenglamasi.

18.3. Fotonning massasi va impulsi. Yengil bosim. Kompton effekti.

Ma'ruza №19

19.2 Vodorod atomining chiziqli spektri.

19.3. Bor postulatlari. Frank va Gerts tajribalari.

Ma'ruza №20

20.1.Atom yadrosi.

20.2.Yadro kuchlari.

20.3.Yadrolarning bog`lanish energiyasi. ommaviy nuqson.

20.4.Yadroning parchalanish reaksiyalari.

2.5 Termoyadro sintezi.

20.6 Radioaktivlik. Radioaktiv parchalanish qonuni.

Mustaqil ish jadvali

Laboratoriya va amaliy mashg'ulotlar jadvali

Kollokviumga tayyorlanish uchun savollar ro'yxati Mexanika

Formulalar

Ta'riflar

Imtihon uchun savollar

Laboratoriya ishini loyihalash qoidalari va namunalari

9.9. Entropiya. Entropiyaning fizik ma'nosi. Entropiya va ehtimollik.

Karno sikli bo'yicha ishlaydigan issiqlik dvigatelining samaradorligini hisobga olgan holda shuni ta'kidlash mumkinki, muzlatgich haroratining isitish moslamasi haroratiga nisbati ishchi suyuqlik tomonidan berilgan issiqlik miqdori nisbati bilan tengdir. muzlatgich va isitgichdan olingan issiqlik miqdori. Bu shuni anglatadiki, Karno sikli bo'yicha ishlaydigan ideal issiqlik dvigateli uchun quyidagi bog'liqlik ham mavjud:
. Munosabat Lorentz ismli kamaytirilgan issiqlik . Elementar jarayon uchun kamaytirilgan issiqlik teng bo'ladi . Bu shuni anglatadiki, Karno siklini amalga oshirishda (va u qaytariladigan tsiklik jarayondir) kamaytirilgan issiqlik o'zgarishsiz qoladi va o'zini holatga bog'liq qiladi, ma'lumki, issiqlik miqdori esa jarayonga bog'liq. .

Qaytariladigan jarayonlar uchun termodinamikaning birinchi qonunidan foydalanib,
va bu tenglamaning ikkala tomonini haroratga bo'lsak, biz quyidagilarni olamiz:

(9-41)

Mendeleyev - Klapeyron tenglamasidan ifodalaymiz
, (9-41) tenglamani almashtiring va quyidagini oling:

(9-42)

Biz buni o'rganamiz
, a
, biz ularni (9-42) tenglamaga almashtiramiz va olamiz:

(9-43)

Bu tenglikning o'ng tomoni to'liq differensialdir, shuning uchun qaytar jarayonlarda kamaytirilgan issiqlik ham umumiy differentsial bo'lib, bu holat funktsiyaning belgisidir.

Differensial bo'lgan davlat funktsiyasi , deyiladi entropiya va belgilandi S . Shunday qilib, entropiya holat funktsiyasidir. Entropiya kiritilgandan so'ng, formula (9-43) quyidagicha ko'rinadi:

, (9-44)

qayerda dS entropiyaning ortishidir. Tenglik (9-44) faqat qaytar jarayonlar uchun amal qiladi va cheklangan jarayonlarda entropiya o'zgarishini hisoblash uchun qulaydir:

(9-45)

Agar tizim aylanma jarayonni (tsiklni) teskari tarzda amalga oshirsa, u holda
, va demak, S=0, keyin S = const.

Issiqlik miqdorini elementar jarayon uchun entropiya ortishi bilan ifodalab, uni termodinamikaning birinchi qonuni tenglamasiga almashtirib, biz ushbu tenglamani yozishning yangi shaklini olamiz, bu odatda deyiladi. Asosiy termodinamik identifikatsiya:

(9-46)

Shunday qilib, qaytar jarayonlarda entropiyaning o'zgarishini hisoblash uchun kamaytirilgan issiqlikdan foydalanish qulay.

Qaytarib bo'lmaydigan nomutanosiblik jarayonlarida
, va qaytmas dumaloq jarayonlar uchun, Klauzius tengsizligi :

(9-47)

Izolyatsiya qilingan termodinamik tizimda entropiya bilan nima sodir bo'lishini ko'rib chiqing.

Izolyatsiya qilingan termodinamik tizimda har qanday teskari holat o'zgarishi bilan uning entropiyasi o'zgarmaydi. Matematik jihatdan buni quyidagicha yozish mumkin: S = const.

Qaytarib bo'lmaydigan jarayonda termodinamik tizimning entropiyasi bilan nima sodir bo'lishini ko'rib chiqaylik. Faraz qilaylik, L 1 yo‘l bo‘ylab 1-holatdan 2-holatga o‘tish teskari, L 2 yo‘l bo‘ylab 2-holatdan 1-holatga o‘tish qaytarilmas bo‘lsin (9.13-rasm).

U holda Klauzius tengsizligi (9-47) o'rinli bo'ladi. Keling, ushbu tengsizlikning o'ng tomoni uchun bizning misolimizga mos keladigan ifodani yozamiz:

.

Ushbu formuladagi birinchi atama entropiyaning o'zgarishi bilan almashtirilishi mumkin, chunki bu jarayon teskari. Keyin Klauzius tengsizligini quyidagicha yozish mumkin:

.

Bu yerdan
. Sifatida
, keyin biz nihoyat yozishimiz mumkin:

(9-48)

Agar tizim izolyatsiya qilingan bo'lsa, unda
, va tengsizlik (9-48) quyidagicha ko'rinadi:

, (9-49)

t o - qaytarilmas jarayon davomida ajratilgan tizimning entropiyasi ortadi. Entropiyaning o'sishi cheksiz davom etmaydi, balki tizimning berilgan holatiga xos bo'lgan ma'lum bir maksimal qiymatgacha davom etadi. Entropiyaning bu maksimal qiymati termodinamik muvozanat holatiga mos keladi. Izolyatsiya qilingan tizimdagi qaytarilmas jarayonlarda entropiyaning o'sishi tizim egallagan energiyani mexanik ishga aylantirish uchun kamroq mavjud bo'lishini anglatadi. Muvozanat holatida, entropiya maksimal qiymatga yetganda, tizim energiyasini mexanik ishga aylantirib bo'lmaydi.

Agar tizim izolyatsiyalanmagan bo'lsa, u holda entropiya issiqlik uzatish yo'nalishiga qarab ham kamayishi, ham ortishi mumkin.

Entropiya tizim holatining funktsiyasi sifatida harorat, bosim, hajm bilan bir xil holat parametri bo'lib xizmat qilishi mumkin. Diagrammada (T, S) u yoki bu jarayonni tasvirlab, jarayonni tasvirlaydigan egri chiziq ostidagi rasmning maydoni sifatida issiqlik miqdorini matematik izohlash mumkin. 9.14-rasmda entropiya - harorat koordinatalaridagi izotermik jarayonning diagrammasi ko'rsatilgan.

Entropiyani gaz holati parametrlari - harorat, bosim, hajm bilan ifodalash mumkin. Buning uchun asosiy termodinamik identifikatsiyadan (9-46) entropiyaning o'sishini ifodalaymiz:

.

Biz ushbu ifodani birlashtiramiz va olamiz:

(9-50)

Entropiyaning o'zgarishini boshqa bir juft holat parametrlari - bosim va hajm bilan ham ifodalash mumkin. Buning uchun ideal gazning bosim va hajm bo‘yicha holat tenglamasidan boshlang‘ich va oxirgi holatlarning haroratlarini ifodalab, (9-50) ga almashtirish kerak:

(9-51)

Gazning bo'shliqqa izotermik kengayishi bilan T 1 = T 2 bo'ladi, ya'ni (9-47) formuladagi birinchi a'zo nolga teng bo'ladi va entropiya o'zgarishi faqat ikkinchi had bilan aniqlanadi:

(9-52)

Ko'p hollarda entropiya o'zgarishini hisoblash uchun kamaytirilgan issiqlikdan foydalanish qulay bo'lishiga qaramay, kamaytirilgan issiqlik va entropiya bir xil tushunchalar emas, balki har xil ekanligi aniq.

Keling, bilib olaylik entropiyaning jismoniy ma'nosi . Buning uchun biz (9-52) formuladan foydalanamiz, bunda ichki energiya o'zgarmaydigan izotermik jarayon uchun va xarakteristikalarning barcha mumkin bo'lgan o'zgarishlari faqat hajmning o'zgarishi bilan bog'liq. Muvozanat holatidagi gaz egallagan hajm va gaz zarralarining fazoviy mikroholatlari soni o‘rtasidagi bog‘liqlikni ko‘rib chiqamiz. Gazning termodinamik tizim sifatida berilgan makroholatini amalga oshiradigan gaz zarrachalarining mikroholatlari sonini quyidagicha hisoblash mumkin. Keling, butun hajmni d ~ 10 -10 m (molekulaning samarali diametrining kattalik tartibida) tomoni bo'lgan elementar kub hujayralariga ajratamiz. Bunday hujayraning hajmi d 3 ga teng bo'ladi. Birinchi holatda gaz V 1 hajmni egallaydi, shuning uchun elementar hujayralar soni, ya'ni molekulalar bu holatda egallashi mumkin bo'lgan joylar soni N 1 ga teng bo'ladi.
. Xuddi shunday, V 2 hajmli ikkinchi holat uchun biz olamiz
. Shuni ta'kidlash kerakki, molekulalarning pozitsiyalarining o'zgarishi yangi mikroholatga mos keladi. Mikroholatdagi har bir o'zgarish makroholatning o'zgarishiga olib kelmaydi. Aytaylik, molekulalar N 1 o'rinni egallashi mumkin, keyin bu N 1 hujayralardagi har qanday molekulalarning o'rin almashishi yangi makrostatega olib kelmaydi. Biroq, molekulalarning boshqa hujayralarga o'tishi tizimning makro holatining o'zgarishiga olib keladi. Berilgan makroholatga mos keladigan gazning mikroholatlari sonini bu gazning zarrachalarini elementar hujayralarga joylashtirish usullari sonini aniqlash orqali hisoblash mumkin. Hisob-kitoblarni soddalashtirish uchun ideal gazning 1 molini ko'rib chiqing. 1 mol ideal gaz uchun formula (9-52) quyidagicha bo'ladi:

(9-53)

V 1 hajmni egallagan tizimning mikroholatlari soni G 1 bilan belgilanadi va 1 mol gazdagi N 1 hujayralardagi (joylar) molekulalarning N A (Avogadro soni) joylashishini hisoblash yo'li bilan aniqlanadi:
. Xuddi shunday, biz V 2 hajmini egallagan tizimning G 2 mikroholatlari sonini hisoblaymiz:
.

G i mikroholatlar soni, ular yordamida i-chi makroholatni amalga oshirish mumkin, deyiladi. termodinamik ehtimollik bu makro holat. Termodinamik ehtimollik G ≥ 1.

G 2 / G 1 nisbatini topamiz:

.

Ideal gazlar uchun bo'sh joylar soni molekulalar sonidan ancha ko'p, ya'ni N 1 >>N A va N 2 >>N A. . Keyin, N 1 va N 2 raqamlarining tegishli jildlar orqali ifodalanishini hisobga olgan holda, biz quyidagilarni olamiz:

Bu erdan biz mos keladigan holatlarning termodinamik ehtimollik nisbati orqali hajmlar nisbatini ifodalashimiz mumkin:

(9-54)

(9-53) ga (9-54) almashtiring va quyidagini oling:
. Molyar gaz konstantasi va Avogadro sonining nisbati Boltsman doimiysi ekanligini hisobga olsak k, va shuningdek, ikkita kattalik nisbati logarifmi bu miqdorlarning logarifmlari orasidagi farqga teng bo'lsa, biz:. Bundan xulosa qilishimiz mumkinki, S i i-holatning entropiyasi ushbu makrostata amalga oshiriladigan mikroholatlar sonining logarifmi bilan aniqlanadi:

(9-55)

Formula (9-55) deyiladi Boltsman formulasi birinchi bo'lib kim qabul qilgan va tushungan entropiyaning statistik ma'nosi , kabi tartibsizlik funktsiyalari . Boltsman formulasi (9-53) formulaga qaraganda umumiyroq ma'noga ega, ya'ni u nafaqat ideal gazlar uchun ishlatilishi mumkin va entropiyaning fizik ma'nosini ochishga imkon beradi. Tizim qanchalik tartibli bo'lsa, berilgan makrostata amalga oshiriladigan mikroholatlar soni shunchalik kam bo'lsa, tizimning entropiyasi shunchalik past bo'ladi. Qaytarib bo'lmaydigan jarayonlar sodir bo'ladigan izolyatsiyalangan tizimda entropiyaning o'sishi tizimning muvozanat holati bo'lgan eng ehtimoliy holat yo'nalishi bo'yicha harakatlanishini anglatadi. Buni aytish mumkin entropiya hisoblanadi tartibsizlik o'lchovi tizimlar; undagi tartibsizlik qanchalik ko'p bo'lsa, entropiya shunchalik yuqori bo'ladi. Bu entropiyaning jismoniy ma'nosi .

§6 Entropiya

Odatda, tizimning bir holatdan ikkinchi holatga o‘tadigan har qanday jarayoni shunday kechadiki, bu jarayonni teskari yo‘nalishda amalga oshirishning iloji bo‘lmaydi, shunda sistema atrofdagi jismlarda hech qanday o‘zgarishsiz bir xil oraliq holatlardan o‘tadi. Buning sababi, energiyaning bir qismi jarayonda, masalan, ishqalanish, nurlanish va boshqalar tufayli. Tabiatdagi deyarli barcha jarayonlar qaytarilmasdir. Har qanday jarayonda energiyaning bir qismi yo'qoladi. Energiyaning tarqalishini tavsiflash uchun entropiya tushunchasi kiritiladi. ( Entropiyaning qiymati xarakterlanadi tizimning termal holati va tananing ushbu holatini amalga oshirish ehtimolini aniqlaydi. Berilgan holat qanchalik ko'p bo'lsa, entropiya shunchalik katta bo'ladi.) Barcha tabiiy jarayonlar entropiyaning ortishi bilan birga keladi. Entropiya faqat yopiq tizimda, ya'ni bu sistemadan tashqaridagi jismlar bilan energiya almashinuvi bo'lmagan tizimda sodir bo'ladigan ideallashtirilgan qaytariladigan jarayondagina doimiy bo'lib qoladi.

Entropiya va uning termodinamik ma'nosi:

Entropiya- bu tizim holatining shunday funktsiyasi bo'lib, uning teskari jarayonda cheksiz kichik o'zgarishi bu jarayonda kiritilgan cheksiz kichik issiqlik miqdorining u kiritilgan haroratga nisbatiga tengdir.

Yakuniy qaytariladigan jarayonda entropiyaning o'zgarishini quyidagi formula yordamida hisoblash mumkin:

bunda integral sistemaning 1-boshlang'ich holatidan oxirgi 2-holatiga qadar olinadi.

Entropiya davlat funktsiyasi bo'lganligi sababli, u holda integralning xossasiuning hisoblanayotgan kontur (yo'l) shaklidan mustaqilligidir, shuning uchun integral faqat tizimning boshlang'ich va oxirgi holatlari bilan belgilanadi.

• Har qanday teskari jarayonda entropiyaning o'zgarishi 0 ga teng

(1)

• Buni termodinamika isbotlaydiSorqaga qaytarilmas sikl hosil qiluvchi tizim kuchayadi

Δ S> 0 (2)

(1) va (2) ifodalar faqat yopiq tizimlarga taalluqlidir, lekin agar tizim tashqi muhit bilan issiqlik almashsa, u holda uningShar qanday tarzda o'zini tutishi mumkin.

(1) va (2) munosabatlarni Klauzius tengsizligi sifatida ifodalash mumkin

∆S ≥ 0

bular. yopiq tizimning entropiyasi ortishi (qaytarib bo'lmaydigan jarayonlarda) yoki doimiy bo'lib qolishi mumkin (qaytariladigan jarayonlarda).

Agar tizim 1-holatdan 2-holatga muvozanatli o'tishni amalga oshirsa, u holda entropiya o'zgaradi

qayerda dU va dAmuayyan jarayon uchun yozilgan. Ushbu formulaga ko'ra, DSqo'shimcha konstantagacha aniqlanadi. Bu jismoniy ma'noga ega bo'lgan entropiyaning o'zi emas, balki entropiyalarning farqidir. Ideal gaz jarayonlarida entropiyaning o'zgarishi topilsin.

bular. entropiyaning o'zgarishiS Δ S 1→2 Ideal gazning 1-holatdan 2-holatga oʻtishi jarayonida jarayonning turiga bogʻliq emas.

Chunki adiabatik jarayon uchun dQ = 0, keyin ∆ S= 0 => S= const , ya'ni adiabatik qaytar jarayon doimiy entropiyada boradi. Shuning uchun u izentropik deyiladi.

Izotermik jarayonda (T= const; T 1 = T 2 : )

Izokorik jarayonda (V= const; V 1 = V 2 ; )

Entropiya additivlik xususiyatiga ega: sistemaning entropiyasi tizimga kiritilgan jismlarning entropiyalari yig'indisiga teng.S = S 1 + S 2 + S 3 + ... Molekulalarning issiqlik harakati va harakatning boshqa shakllari o'rtasidagi sifat jihatidan farq uning tasodifiyligi, tartibsizligidir. Shuning uchun termal harakatni tavsiflash uchun molekulyar buzilish darajasining miqdoriy o'lchovini kiritish kerak. Agar tananing har qanday ma'lum makroskopik holatini parametrlarning ma'lum o'rtacha qiymatlari bilan ko'rib chiqsak, bu molekulalarning hajmning turli qismlarida va hajmida taqsimlanishida bir-biridan farq qiluvchi yaqin mikroholatlarning uzluksiz o'zgarishidan boshqa narsadir. molekulalar o'rtasida taqsimlangan energiya. Ushbu doimiy o'zgaruvchan mikrostatlar soni butun tizimning makroskopik holatining buzilish darajasini tavsiflaydi,wberilgan mikroholatning termodinamik ehtimolligi deyiladi. Termodinamik ehtimollikwtizim holatlari - makroskopik tizimning ma'lum bir holatini amalga oshirish usullari soni yoki ma'lum bir mikroholatni amalga oshiradigan mikroholatlar soni (w≥ 1 va matematik ehtimollik ≤ 1 ).

Biz hodisaning kutilmaganligining o'lchovi sifatida minus belgisi bilan olingan uning ehtimolligining logarifmini olishga kelishib oldik: holatning kutilmaganligi = ga teng.-

Boltsmanning fikricha, entropiyaStizimlar va termodinamik ehtimollik quyidagicha bog'langan:

qayerda - Boltsman doimiysi (). Shunday qilib, entropiya ma'lum bir mikroholatni amalga oshirish mumkin bo'lgan holatlar sonining logarifmi bilan aniqlanadi. Entropiyani t/d tizimining holati ehtimolining o'lchovi sifatida ko'rish mumkin. Boltsman formulasi entropiyaga quyidagi statistik talqinni berishga imkon beradi. Entropiya - bu tizim buzilishining o'lchovidir. Darhaqiqat, ma'lum bir mikroholatni amalga oshiradigan mikroholatlar soni qanchalik ko'p bo'lsa, entropiya shunchalik katta bo'ladi. Tizimning muvozanat holatida - tizimning eng ehtimoliy holati - mikroholatlar soni maksimal, entropiya ham maksimaldir.

Chunki real jarayonlar qaytarib bo'lmaydigan bo'lsa, unda yopiq tizimdagi barcha jarayonlar uning entropiyasining oshishiga olib keladi - entropiyani oshirish printsipi. Entropiyani statistik talqin qilishda bu yopiq tizimdagi jarayonlar mikroholatlar sonini ko'paytirish yo'nalishi bo'yicha, boshqacha qilib aytganda, kamroq ehtimolli holatlardan ko'proq ehtimoli bo'lgan holatlarga, holatning ehtimolligi maksimal darajaga yetguncha borishini anglatadi.

§7 Termodinamikaning ikkinchi qonuni

Energiyaning saqlanish va energiyaning o'zgarishi qonunini ifodalovchi termodinamikaning birinchi qonuni t/d jarayonlar oqimining yo'nalishini belgilashga imkon bermaydi. Bundan tashqari, bir-biriga zid bo'lmagan jarayonlar to'plamini tasavvur qilish mumkinIm / d ning boshlanishi, unda energiya saqlanadi, lekin tabiatda ular amalga oshirilmaydi. Ikkinchi boshlanishning mumkin bo'lgan formulalari t/d:

1) qaytarilmas jarayonlar jarayonida yopiq tizim entropiyasining ortishi qonuni: yopiq tizimdagi har qanday qaytarilmas jarayon shunday sodir bo'ladiki, tizim entropiyasi D ortadi.S≥ 0 (qaytmas jarayon) 2) DS≥ 0 (SQaytariladigan uchun = 0 va DSQaytarib bo'lmaydigan jarayon uchun ≥ 0)

Yopiq tizimda sodir bo'ladigan jarayonlarda entropiya kamaymaydi.

2) Boltsman formulasidan S =, shuning uchun entropiyaning ortishi tizimning kamroq ehtimolli holatdan ehtimoliyroq holatga o'tishini anglatadi.

3) Kelvinga ko'ra: dumaloq jarayon mumkin emas, uning yagona natijasi isitgichdan olingan issiqlikni unga ekvivalent ishga aylantirishdir.

4) Klauziusning fikriga ko'ra: dumaloq jarayon mumkin emas, uning yagona natijasi issiqlikni kamroq isitiladigan jismdan ko'proq isitiladigan jismga o'tkazishdir.

0 K dagi t/d tizimlarini tavsiflash uchun Nernst-Plank teoremasi (t/d ning uchinchi qonuni) qo‘llaniladi: harorat 0 K ga yaqinlashganda muvozanatdagi barcha jismlarning entropiyasi nolga intiladi.

Teoremadan Nernst-Plank buni kuzatib boradiC p= C v = 0 da 0 Kimga

§8 Issiqlik va sovutish mashinalari.

Karno sikli va uning samaradorligi

Kelvinga ko'ra t / d ning ikkinchi qonunining formulasidan kelib chiqadiki, ikkinchi turdagi doimiy harakat mashinasi mumkin emas. (Doimiy harakatlanuvchi mashina - vaqti-vaqti bilan ishlaydigan dvigatel bo'lib, u bitta issiqlik manbasini sovutish orqali ishlaydi.)

Termostat- bu haroratni o'zgartirmasdan jismlar bilan issiqlik almashinuvi mumkin bo'lgan t / d tizimi.

Issiqlik dvigatelining ishlash printsipi: haroratli termostatdan T 1 - isitgich, issiqlik miqdori har bir tsiklda olinadiQ 1 , va haroratli termostat T 2 (T 2 < T 1) - muzlatgich, bir tsiklda o'tkaziladigan issiqlik miqdoriQ 2 , ish paytida LEKIN = Q 1 - Q 2

Doiraviy jarayon yoki tsikl sistemaning bir qator holatlardan o'tib, dastlabki holatiga qaytishi jarayonidir. Holat diagrammasida tsikl yopiq egri chiziq bilan ifodalanadi. Ideal gaz tomonidan bajariladigan tsiklni kengaytirish (1-2) va siqish (2-1) jarayonlariga bo'lish mumkin, kengaytirish ishi ijobiydir. LEKIN 1-2 > 0, chunkiV 2 > V 1 , siqish ishi salbiy LEKIN 1-2 < 0, т.к. V 2 < V 1 . Shuning uchun gazning bir tsiklda bajargan ishi yopiq 1-2-1 egri chizig'i bilan qoplangan maydon bilan aniqlanadi. Agar tsiklda ijobiy ish bajarilsa (tsikl soat yo'nalishi bo'yicha), u holda tsikl to'g'ridan-to'g'ri deyiladi, agar u teskari tsikl bo'lsa (tsikl soat miliga teskari yo'nalishda sodir bo'ladi).

to'g'ridan-to'g'ri aylanish issiqlik dvigatellarida qo'llaniladi - tashqaridan olingan issiqlik tufayli ishni bajaradigan davriy ishlaydigan dvigatellar. Teskari aylanish sovutish mashinalarida - vaqti-vaqti bilan ishlaydigan qurilmalarda qo'llaniladi, ularda tashqi kuchlarning ishi tufayli issiqlik yuqori haroratli tanaga o'tkaziladi.

Dumaloq jarayon natijasida tizim asl holatiga qaytadi va shuning uchun ichki energiyaning umumiy o'zgarishi nolga teng. KeyinІ dumaloq jarayon uchun t/d ni boshlang

Q= Δ U+ A= A,

Ya'ni, tsiklda bajarilgan ish tashqaridan olingan issiqlik miqdoriga teng, lekin

Q= Q 1 - Q 2

Q 1 - miqdor tizim tomonidan qabul qilingan issiqlik,

Q 2 - miqdor tizim tomonidan chiqariladigan issiqlik.

Issiqlik samaradorligi dumaloq jarayon uchun tizim tomonidan bajarilgan ishning tizimga berilgan issiqlik miqdoriga nisbati tengdir:

ē = 1 uchun shartQ 2 = 0, ya'ni. issiqlik dvigatelida bitta issiqlik manbai bo'lishi kerakQ 1 , lekin bu t/d ning ikkinchi qonuniga zid keladi.

Issiqlik dvigatelida sodir bo'ladigan teskari jarayon sovutish mashinasida qo'llaniladi.

Harorat bilan termostatdan T 2 issiqlik miqdori olinadiQ 2 va harorat bilan termostatga uzatiladiT 1 , issiqlik miqdoriQ 1 .

Q= Q 2 - Q 1 < 0, следовательно A< 0.

Ishlamasdan, kamroq isitiladigan tanadan issiqlikni olib, uni issiqroqqa berish mumkin emas.

t/d ning ikkinchi qonuniga asoslanib, Karno teoremani chiqardi.

Karno teoremasi: isitish moslamalari harorati bir xil bo'lgan barcha davriy ishlaydigan issiqlik dvigatellari ( T 1) va muzlatgichlar ( T 2), eng yuqori samaradorlik. qaytariladigan mashinalarga ega. K.P.D. teng uchun qaytib mashinalari T 1 va T 2 teng va ishchi suyuqlikning tabiatiga bog'liq emas.

Ishchi jism - dumaloq jarayonni bajaradigan va boshqa jismlar bilan energiya almashinadigan jism.

Karno sikli 2 izoterm va 2 adiabatdan tashkil topgan eng tejamli qaytariluvchi sikldir.

1-2-izotermik kengayish da T 1 isitgich; gazga issiqlik beriladiQ 1 va ish bajariladi

2-3 - adibat. kengaytirish, gaz ishlaydiA 2-3 >0 tashqi jismlar ustida.

3-4 izotermik siqilish da T 2 ta muzlatgich; issiqlik olinadiQ 2 va ish bajariladi;

4-1-adiabatik siqilish, gaz ustida ish bajariladi A 4-1 <0 внешними телами.

Izotermik jarayondaU= const, shuning uchun Q 1 = A 12

1

Adiabatik kengayish bilanQ 2-3 = 0, va gaz ishlaydi A 23 ichki energiya bilan amalga oshiriladi A 23 = - U

Issiqlik miqdoriQ 2 , izotermik siqilish vaqtida gaz tomonidan sovutgichga berilgan siqilish ishiga teng LEKIN 3-4

2

Adiabatik siqilish ishi

Aylanma jarayonda bajarilgan ish

A = A 12 + A 23 + A 34 + A 41 = Q 1 + A 23 - Q 2 - A 23 = Q 1 - Q 2

va 1-2-3-4-1 egri chizig'ining maydoniga teng.

Issiqlik samaradorligi Karno sikli

2-3 va 3-4 jarayonlar uchun adiabatik tenglamadan olamiz

Keyin

bular. samaradorlik Karno sikli faqat isitgich va sovutgichning harorati bilan belgilanadi. Samaradorlikni oshirish uchun farqni oshirish kerak T 1 - T 2 .

******************************************************* ******************************************************

Entropiya termodinamikaga kiritilgan tushunchadir. Ushbu qiymat yordamida energiyaning tarqalishi o'lchovi aniqlanadi. Har qanday tizim issiqlik va kuch maydoni o'rtasida yuzaga keladigan qarama-qarshilikni boshdan kechiradi. Haroratning oshishi tartib darajasining pasayishiga olib keladi. Tartibsizlik o'lchovini aniqlash uchun entropiya deb ataladigan miqdor kiritiladi. Bu yopiq va ochiq tizimlarda energiya oqimlarining almashinuv darajasini tavsiflaydi.

Izolyatsiya qilingan zanjirlarda entropiyaning o'zgarishi issiqlikning o'sishi bilan birga o'sish yo'nalishida sodir bo'ladi. Bu tartibsizlik o'lchovi eng xaotik bo'lgan termodinamik muvozanat bilan tavsiflangan holatda maksimal qiymatga etadi.

Agar tizim ochiq va bir vaqtning o'zida muvozanatsiz bo'lsa, u holda entropiyaning o'zgarishi pasayish yo'nalishi bo'yicha sodir bo'ladi. Ushbu variantdagi ushbu o'lchovning qiymati formula bilan tavsiflanadi. Uni olish uchun ikkita miqdorning yig'indisi amalga oshiriladi:
- tashqi muhit bilan issiqlik va moddalar almashinuvi natijasida yuzaga keladigan entropiya oqimi;
- tizim ichidagi xaotik harakat ko'rsatkichining o'zgarishi kattaligi.

Entropiyaning o'zgarishi biologik, kimyoviy va fizik jarayonlar sodir bo'lgan har qanday muhitda sodir bo'ladi. Bu hodisa ma'lum bir tezlik bilan amalga oshiriladi. Entropiyaning o'zgarishi ijobiy qiymat bo'lishi mumkin - bu holda tashqi muhitdan tizimga ushbu ko'rsatkichning oqimi mavjud. Entropiyaning o'zgarishini ko'rsatadigan qiymat minus belgisi bilan aniqlangan holatlar mavjud. Bunday raqamli qiymat entropiyaning chiqib ketishini ko'rsatadi. Tizim ichida bo'lishi mumkin Bunday holda, ishlab chiqarilgan entropiya miqdori ushbu ko'rsatkichning chiqishi bilan qoplanadi. Bunday vaziyatga misol holat - bu muvozanat emas, lekin ayni paytda statsionar. Har qanday organizm o'z muhitidan salbiy qiymatga ega bo'lgan entropiyani chiqaradi. Undan tartibsizlik chorasini ajratish hatto daromad miqdoridan ham oshib ketishi mumkin.

Entropiya ishlab chiqarish har qanday murakkab tizimda sodir bo'ladi. Evolyutsiya jarayonida ular o'rtasida ma'lumotlar almashinuvi sodir bo'ladi. Masalan, uning molekulalarining fazoviy joylashuvi haqidagi ma'lumotlar yo'qolganda. Entropiyani oshirish jarayoni mavjud. Agar suyuqlik muzlab qolsa, u holda molekulalarning joylashishidagi noaniqlik kamayadi. Bunday holda, entropiya kamayadi. Suyuqlikni sovutish uning ichki energiyasini pasayishiga olib keladi. Biroq, harorat ma'lum bir qiymatga yetganda, suvdan issiqlikni olib tashlashga qaramasdan, moddaning harorati o'zgarishsiz qoladi. Bu kristallanishga o'tish boshlanishini anglatadi. Ushbu turdagi izotermik jarayonda entropiyaning o'zgarishi tizimning tasodifiyligi o'lchovining pasayishi bilan birga keladi.

Moddaning termoyadroviy issiqligini ta'minlaydigan amaliy usul - bu ishni bajarish, buning natijasida qattiqlashuv diagrammasi tuziladi. Boshqacha qilib aytganda, o'rganish natijasida olingan ma'lumotlarga asoslanib, moddaning haroratining vaqtga bog'liqligini ko'rsatadigan egri chiziq chizish mumkin. Bunday holda, tashqi sharoitlar o'zgarishsiz qolishi kerak. Tajriba natijalarining grafik tasviri ma'lumotlarini qayta ishlash orqali entropiyaning o'zgarishini aniqlash mumkin. Bunday egri chiziqlarda har doim chiziq gorizontal bo'shliqqa ega bo'lgan qism mavjud. Ushbu segmentga mos keladigan harorat qotib qolish haroratidir.

Har qanday moddaning atrof-muhit haroratiga teng va aksincha, qattiq holatdan suyuqlikka o'tish bilan birga bo'lgan o'zgarishi birinchi turdagi faza o'zgarishi deb ataladi. Bu tizimning zichligini, uning va entropiyani o'zgartiradi.

Entropiya

Tizimning entalpiyasining o'zgarishi kimyoviy reaktsiyaning o'z-o'zidan amalga oshirilishining yagona mezoni bo'la olmaydi, chunki ko'plab endotermik jarayonlar o'z-o'zidan sodir bo'ladi. Bunga misol qilib, ba'zi tuzlarning (masalan, NH 4NO 3) suvda erishi, eritmaning sezilarli sovishi bilan birga keladi. O'z-o'zidan tartibli holatdan kamroq tartiblangan (xaotik) holatga o'tish qobiliyatini belgilovchi yana bir omilni hisobga olish kerak.

Entropiya (S) - termodinamik holat funktsiyasi bo'lib, tizimning buzilishi (tartibi) o'lchovi bo'lib xizmat qiladi. Endotermik jarayonlarning paydo bo'lish ehtimoli entropiyaning o'zgarishi bilan bog'liq, chunki izolyatsiya qilingan tizimlarda o'z-o'zidan sodir bo'ladigan jarayonning entropiyasi D ortadi. S > 0 (termodinamikaning ikkinchi qonuni).

L. Boltsmann entropiyani tizim holatining (tartibsizligining) termodinamik ehtimolligi deb ta'riflagan. V. Tizimdagi zarralar soni ko'p bo'lgani uchun (Avogadro soni N A = 6.02∙10 23), u holda entropiya tizim holatining termodinamik ehtimolining natural logarifmiga proportsional boʻladi. V:

1 mol moddaning entropiyasining o'lchami gaz konstantasining o'lchamiga to'g'ri keladi R va J∙mol –1∙K –1 ga teng. entropiya o'zgarishi *) qaytmas va qaytar jarayonlarda D munosabatlari bilan beriladi S > Q / T va D S = Q / T. Masalan, erish entropiyasining o'zgarishi D erish issiqligiga (entalpiyasi) teng. S pl = D H pl/ T pl Kimyoviy reaksiya uchun entropiyaning o'zgarishi entalpiyaning o'zgarishiga o'xshaydi

*) muddat entropiya Klausius (1865) tomonidan Q/T nisbati (kamaytirilgan issiqlik) orqali kiritilgan.

Mana D S° standart holatning entropiyasiga to'g'ri keladi. Oddiy moddalarning standart entropiyalari nolga teng emas. Boshqa termodinamik funktsiyalardan farqli o'laroq, ideal kristall jismning mutlaq noldagi entropiyasi nolga teng (Plank postulati), chunki V = 1.

Ma'lum bir haroratda modda yoki jismlar tizimining entropiyasi mutlaq qiymatdir. Jadvalda. 4.1 standart entropiyalarni ko'rsatadi S° ba'zi moddalar.

Murakkab (J∙mol –1∙K –1) Murakkab (J∙mol –1∙K –1) C(t) olmos C(t)grafit iso-C 4H 10(g)

4.1-jadval. Ayrim moddalarning standart entropiyalari.

Jadvaldan. 4.1 dan kelib chiqadiki, entropiya quyidagilarga bog'liq:

• Moddaning agregat holati. Qattiq holatdan suyuqlikka va ayniqsa gazsimon holatga (suv, muz, bug ') o'tishda entropiya kuchayadi.
• Izotopik tarkibi (H 2O va D 2O).
• Bir xil turdagi birikmalarning molekulyar og'irligi (CH 4, C 2H 6, n-C 4H 10).
• Molekula tuzilmalari (n-C 4H 10, iso-C 4H 10).
• Kristal tuzilishi (allotropiya) - olmos, grafit.

Nihoyat, rasm. 4.3 entropiyaning haroratga bog'liqligini ko'rsatadi.

Binobarin, tizimning buzilish tendentsiyasi qanchalik ko'p bo'lsa, harorat qanchalik baland bo'lsa, o'zini namoyon qiladi. Tizim entropiyasining harorat o'zgarishining mahsuloti TΔ S bu tendentsiyani miqdoriy beradi va deyiladi entropiya omili.

"Kimyoviy termodinamika. Entropiya" mavzusi bo'yicha topshiriq va testlar.

• Kimyoviy elementlar. Kimyoviy elementlarning belgilari - Boshlang'ich kimyoviy tushunchalar va nazariy g'oyalar 8-9 sinflar

  Darslar: 3 Topshiriqlar: 9 Testlar: 1