Термодинамическая энтропия

Термодинамическая энтропия — это физическая величина, которой пользуются для описания термодинамических величин. Энтропия используется как в термодинамике, так и в химии. Главная ее функция, это обозначение состояния термодинамической системы.

История понятия

Еще в 1865 году, ученый Рудольф Клаузиус ввел понятие энтропии.Он объяснил изменение энтропии термодинамической системы при обратном процессе, как отношение всего количества тепла к абсолютной температуре.

Само понятие "энтропия" походит от греческого слова τρoπή, что в переводе означает "изменение". Но сама формула, которую он вывел подходит только для изотермического процесса (когда температура константа).

В 1877 Людвиг Больцман открыл, что энтропия системы относится также и к количеству "микросостояний", которые согласуются со своими термодинамическими свойствами. Он проводил свой эксперимент на примере идеального газа находившемся в сосуде. Где он выяснил, что миросостояние определено как позиции и импульсы всех атомов в системе.

Видео о том , что такое Энтропия в разных науках

Термодинамическая дефиниция энтропии

Энтропия простой системы

Первый закон термодинамики устанавливает взаимосвязь между внутренней энергией, работой и теплотой. Среди этих величин нам задается одна из них при помощи двух других, которые являются исходными объектами теории и не могут быть определены в ее рамках. Происходит это из-за того, что не существует понятий, более общих, под которые их можно было бы подвести.

Понятие о энергии и работы, термодинамика заимствует из других разделов физики, тогда как определение дается только в термодинамике и нигде больше.

Такая формулировка вводит теплоту как физическую характеристику процесса, которая определена законом сохранения энергии и не определяется как математический объект.

Энтропия закрытой системы

Кроме работы с расширением и сжатием, система может выполнять работу связанную с изменением площади фаз, перемещения поля тяготения и другие.

Если однородная система будет в одно время совершать несколько видов работы, то они будут суммироваться.

Энтропия открытых систем

В силу работы второго термодинамического закона, площадь внутренней энтропии в замкнутой системы не будет уменьшаться. Что касается теплых потоков, то они возможны и внутри и снаружи системы. В стационарных системах обычной количество пришедшего тепла равно ушедшему, а пришедшая температура будет выше ушедшей. Таким образом выходит отрицательное изменение энтропии из-за чего ее называют "приток негэнтропии", вместо оттока энтропии из системы. Негэнтропия высчитывается с помощью таких же формул, как обратная величина энтропии.

Свойства

Наведенные ниже примеры свойств энтропии распространяются на открытую и однородную термодинамическую систему, для которой используется фундаментальное уравнение Гиббса в энтропийном выражении.

  • Фундаментальное уравнение в энтропийном выражении выражает все термодинамические сведения о данной системе.
  • В изолированной системе в состоянии термодинамического равновесия ей необходимо, чтобы виртуальное изменение энтропии разницы площадей не была положительной.
  • Абсолютная температура Кельвина устроена так, что ноль и бесконечность являются для нее пределами.
  • Для фундаментального уравнения энтропийного выражения используют дифференцируемую функцию аддитивных и независимых переменных применяя непрерывные первыми и кусочно-непрерывными вторыми производными.
  • В однородной системе, частная производная всегда величина, которая обратная к абсолютной термодинамической температуре.

Измерения энтропии

Во время проведения практических экспериментов очень сложно ее измерить, все связанно с тем что, техника измерения основывается на термодинамических определениях энтропии для которых необходимы экстремально аккуратные калориметрии.

Для упрощения исследования, применяется механическая система, благодаря которой термодинамическое состояние определяется через объем и давление. Сперва измеряется теплоемкость при постоянном объеме и давлении. После чего все данные нужно внести в формулу и произвести вычисления.

Энтропию измеряют в ДЖ/К.

Похожие статьи

Инфосфера