ENTROPIA I DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

1. ENTROPIA I DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

2. Przemiany nieodwracalne • W układach zamkniętych: • ogrzewanie rąk o gorący kubek • ześlizgiwanie się ciał • spadek ciał • przedziurawiony balon z helem • Przemiany jednokierunkowe nazywamy nieodwracalnymi, co oznacza, że nie można odwrócić ich kierunku za pomocą niewielkich zmian w otoczeniu.

3. Przemiany zachodzące w przeciwnym „złym” kierunku nie łamią zasady zachowania energii. Widać, że to nie energia wyznacza kierunek procesów nieodwracalnych przebiegających w układzie zamkniętym. Decyduje o nim zmiana innej wielkości: zmiana entropii S układu Postulat entropii: Przemiana nieodwracalna w układzie zamkniętym powoduje zawszewzrost entropii S układu – nigdy jej spadek.

4. Entropia różni się tym od energii, że nie ma zasady jej zachowania. Energia układu zamkniętego jest zachowana – ZAWSZE pozostaje stała. W przemianach nieodwracalnych entropia układu zamkniętego ZAWSZE rośnie. Ze względu na tę własność zmianę entropii czasami nazywamy: „STRZAŁKĄ CZASU”

5. Sposoby definiowania zmiany entropii układu: • W zależności od temperatury układu i energii, którą układ absorbuje lub oddaje w postaci ciepła • Na drodze liczenia możliwych kombinacji ułożenia atomów lub cząsteczek tworzących układ.

6. P ciśnienie K objętość ZMIANA ENTROPII Rozprężanie swobodne • Parametry stanu: • - ciśnienie • objętość • temperatura • energia • entropia

7. Zmianę entropii układu S = Sk - Sp dla przemiany, która przeprowadza układ ze stanu początkowego P do końcowego K, definiujemy: Q – oznacza energię pobieraną lub oddawaną w postaci ciepła przez układ w trakcie procesu T – temperatura układu [K] Ponieważ temperatura T jest zawsze dodatnia, zmiana entropii S ma taki sam znak jak ciepło Q. S [J/K]

8. Jeżeli entropia jest prawdziwą właściwością stanu, to różnica pomiędzy stanami P i K zależy tylko od tych stanów, a nie zależy od przemiany, która przeprowadziła układ od jednego stanu do drugiego. Aby podczas rozprężania izotermicznego zachować stałą temperaturę gazu, trzeba ze zbiornika cieplnego do gazu dostarczyć energię w postaci ciepła Q. Zatem Q ma wartość dodatnią, a więc w wyniku rozprężania izotermicznego i rozprężania swobodnego (nie wiadomo jak się zmienia Q oraz T) entropia gazu rośnie.

9. ENTROPIA JAKO FUNKCJA STANU Aby zapewnić odwracalność przemiany, przeprowadza się ją bardzo wolno w wielu małych krokach, tak że gaz na końcu każdego z nich jest w stanie równowagi termodynamicznej.

11. Zmiana entropii S zależy tylko od właściwości stanu początkowego (Vp oraz Tp) oraz od właściwości stanu końcowego (Vk oraz Tk). Zmiana entropii S nie zależy od tego, jak zachodzi przemiana między tymi stanami.

12. ? układ = gaz

13. układ = gaz + zbiornik OK

14. układ = gaz + zbiornik Ciepło odpływa z gazu do zbiornika Ciepło dopływa z gazu do zbiornika

15. II ZASADA TERMODYNAMIKI Entropia układu zamkniętego wzrasta w przemianach nieodwracalnych i nie maleje w przemianach odwracalnych. ENTROPIA NIGDY NIE MALEJE Lokalnie entropia może malec ale za to w pozostałych częściach układu rośnie o tę samą wartość.

16. W rzeczywistym świecie wszystkie przemiany są w zasadzie nieodwracalne ze względu na obecność tarcia, turbulencji itd.., a więc entropia wszystkich rzeczywistych układów zamkniętych rośnie. Procesy, w których entropia układu zachowuje wartość stałą, zawsze są wyidealizowane.

17. SILNIKI CIEPLNE – CYKL CARNOTA W silniku idealnym wszystkie przebiegające procesy są odwracalne i nie ma strat związanych z niepożądanymi przemianami energii spowodowanymi tarciem lub turbulencjami.

18. SPRAWNOŚĆ SILNIKA

19. Sprawność silników niskoprężnych: ok. 20% Sprawność silników Diesla: ok.35% Sprawność silników parowych: teoretycznie ok. 32% praktycznie << 32% Sprawność silników elektrycznych: 75% - 95% (zależy od mocy silnika: większa moc = większa sprawność)

20. Dr. Schlambaugh, wykładowca na wydziale chemicznym uniwersytetu kalifornijskiego znany jest z zadawania pytań na egzaminach w rodzaju: "Czemu samoloty latają?".W maju kilka lat temu, egzamin z termodynamiki zawierał takie oto pytanie: "Czy piekło jest egzotermiczne, czy endotermiczne? Potwierdź swój wywód dowodem". Większość studentów oparła dowody na poparcie swych tez na prawach przemian gazowych Boyle'a - Mariotte'a lub innych. Jeden student natomiast napisał, co poniżej:"Po pierwsze musimy założyć, że jeżeli dusze istnieją, muszą posiadać pewna masę. Jeśli maja masę, to jeden mol dusz także posiada masę. W takim razie, w jakim tempie dusze trafiają do piekła i w jakim je opuszczają? Myślę że możemy spokojnie założyć, ze jeśli dusza trafia do piekła, to już go nie opuszcza. Dlatego też, wymiana dusz z piekłem zachodzi tylko w jednym kierunku. Jeśli chodzi o dusze trafiające do piekła, przyjrzyjmy się rożnym religiom, istniejącym w dzisiejszym świecie. Niektóre religie mówią, że jeśli nie jesteś ich wyznawca, trafisz do piekła. Skoro jest więcej niż jedna taka religia, a ludzie nie należą do więcej niż jednej, możemy wnioskować, że wszyscy ludzie i wszystkie dusze trafiają do piekła.Na podstawie danych o śmiertelności i przyroście populacji, możemy spodziewać się wykładniczego wzrostu liczby dusz w piekle.Przyjrzyjmy się więc zmianie objętości piekła. Z prawa Boyle'a wynika, że aby w piekle temperatura i ciśnienie utrzymały się na stałym poziomie, stosunek masy dusz do ich objętości musi być stały.Pkt.1 Wiec, jeśli piekło rozszerza się wolniej niż dusze przybywają do piekła, wtedy temperatura będzie rosnąc, aż wszystko rozerwie się w diabły.Pkt.2 Oczywiście, jeśli piekło rozszerza się szybciej niż przyrasta liczba dusz, wtedy temperatura i ciśnienie spadną tak drastycznie, że całe piekło zamarznie.Wiec jak to jest? Jeśli zaakceptujemy postulat (podany mi przez Teresę Banyan na pierwszym roku), że "Prędzej piekło zamarznie niż się z Tobą prześpię", i biorąc pod uwagę, że wciąż nie udało mi się nawiązać z nią bardziej intymnych kontaktów, wtedy Pkt.2 nie może być poprawny - piekło jest egzotermiczne".Ten student jako jedyny dostał piątkę.