Hàm entrôpi và nguyên lý tăng entrôpi

HÀM ENTRÔPI.
CÁC TÍNH CHẤT CỦA HÀM ENTRÔPI.
NGUYÊN LÝ TĂNG ENTRÔPI.
Ý NGHĨA CỦA ENTRÔPI VÀ NGUYÊN LÝ THỨ 2.
Hàm Entrôpi :
Xét một chu trình thuận nghịch làm việc nhiều nguồn nhiệt từ TH ,…,TC. Ta chia chu trình đó thành những chu trình carnot nhỏ.
Các chu trình i và i+1 có chung đường đẳng nhiệt nhưng ngược chiều. Do đó tổng nhiệt lượng trao đổi bằng 0.
Thay tổng trên bằng dấu tích phân ta được :
Chu trình thuận nghịch
Chu trình không thuận nghịch
Xét một chu trình thuận nghịch gồm 2 quá trình thuận nghịch :
Giả sử hệ biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 theo 2 quá trình thuận nghịch khác nhau là 1-a-2 và 1-b-2. Vì 1-b-2 là thuận nghịch nên ta có thể cho tiến hành theo quá trình ngược 2-b-1. Vậy có quá trình thuận nghịch 1-a-2-b-1.Ta có:







Như vậy, tích phân theo các quá trình thuận nghịch từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 không phụ thuộc vào quá trình mà chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối.
Định nghĩa hàm Entrôpi :
Một hàm trạng thái S của hệ sao cho biến thiên của S từ 1 đến 2 có giá trị bằng một quá trình thuận nghịch nào đó :




Hàm S được gọi là hàm Entrôpi của hệ với :
Các tính chất của hàm Entrôpi :
S là một hàm trạng thái, nghĩa là ở mỗi trạng thái của hệ, nó có 1 giá trị xác định và không phụ thuộc quá trình của hệ từ trạng thái này sang trạng thái khác.
Entrôpi của một hệ cân bằng có giá trị bằng tổng entrôpi thành phần :


Entrôpi được xác định sai khác nhau một hằng số cộng :
Với S0 = const
Đơn vị : J/K
Nguyên lý tăng Entrôpi :
Trong một hệ cô lập, không trao đổi nhiệt với bên ngoài
Nếu quá trình diễn biến là thuận nghịch thì Entrôpi của hệ không đổi
Nếu quá trình diễn biến không thuận nghịch thì Entrôpi của hệ tăng lên
Trong thực tế mọi quá trình nhiệt động đều không thuận nghịch, do đó :
Quá trình nhiệt động thực tế xảy ra trong hệ cô lập thì Entrôpi của hệ luôn tăng.
Một hệ ở trạng thái cân bằng khi Entropi của nó cực đại. Vì khi hệ ở trạng thái cân bằng thì quá trình không thuận nghịch cũng kết thúc, Entrôpi không tăng được nữa.
Ý nghĩa thống kê của Entrôpi và nguyên lý thứ 2 :
Nguyên lý thứ 2 : trong một quá trình nhiệt động lực học bất kì diễn tiến từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác, Entrôpi của hệ hoặc giữ nguyên hoặc tăng.
Ý nghĩa : nguyên lý 2 cho thấy nhiệt không thể truyền từ vật lạnh hơn sang vật nóng hơn, và Entrôpi của hệ cô lập không thể giảm. Nghĩa là hệ biến đổi từ trạng thái không cân bằng đến trạng thái cân bằng. Khi đã đạt trạng thái cân bằng thì không thể quay trở lại trạng thái không cân bằng.
Entrôpi là đại lượng đo mức độ chuyển động hỗn độn của các phân tử, nguyên tử. Khi hệ được làm lạnh đẳng tích thì hệ tỏa nhiệt (Q < 0) nên Entrôpi giảm, tính hỗn loạn do chuyển động phân tử giảm, tính mất trật tự tăng ( và ngược lại ). Từ đó ta thấy nguyên lý này chỉ áp dụng được cho hệ vĩ mô gồm một số rất lớn hạt.