Термодинамиканың екінші заңының мәні және энтропия

Термиялық п.ә.к. формуласынан мынаны табамыз

dq/Т 0, (1.3.3)

мұндағы

- тұйық контурлы интгральдау тең белгісі кері циклдың белгісі, ал теңсіздік тура циклдың белгісі.

(1.3.3) тендеуін 1854 ж. Клаузиус жазған, ол термодинамиканың екінші заңын математикалық түрде көрсетеді, тура (теңсіздік белгісі) және кері (теңдік белгісі) циклдарды, сонымен қатар (1.3.3) теңдеуді Клаузистың бірінші және екінші интегралдары депте атайды.

(1..3.3) теңдеуінен, келтірілген жылудың dq/T алгебралық қосындысы кез келген қайтымды циклда (= белгі) болса нольге тең, ал Карноның қайтымсыз циклында (< белгі) шамасы теріс болады.

dq/T мәні газдың тепе-тең өзгеруінде, бұл кейбір функция күйінің толық дифференциалы, себебі сол дененің күйіне тәуелді болады.Бұл функция 1 кг газ үшін, S арқылы белгіленіп, Дж/(кг*К) мен өлшенеді және оны энтропия деп атайды.(Энтропия терминін Р. Клаузиус 1865 ж. енгізген)

Онда, осы 1.3.3 теңдеуінен мынаны аламыз

dS , (1.3.4)

мұндағы ”=” белгісі қайтымды процесті ал, “>” – белгісі қайтымсыз процесті, S-энтропияны көрсетеді.

Сонымен қатар (1.3.4) теңдеуі, энтропия арқылы жазылған термодинамиканың екінші заңының аналитикалық түрі.

Энтропия – кейбір күй функция мәнін көрсетеді және дененің күйіне байланысты оның бастапқы және соңғы күйінін өзгеруіне тәуелді екенін анықтау үшін қолданылады. Ол денені абсолюттік температурасы Т-мен термиялық (жылу) энергиясы dq арасындағы жылулық байланысты көрсетеді.

Энтропияның болу және өсу принципі – бұл термодинамиканың екінші заңының физикалық мағынасын береді. Энтропияың қайтымды және қайтымсыз процестердегі өзгеруін қарастырамыз:

а) Энтропияның қайтымды процестегі өзгеруін оқшауланған (адиабатты) жүйеде (dq=0) қарастырайық.

Онда (1.3.4) теңдеуі адиабатты жүйеде қайтымды процестер үшін мына түрде қабылданады.

dq=Т.dS=0, (1.3.5)

немесе dS=0; S=const

Сонымен оқшауланған адиабатты қайтымды процестерде энтропия өзгермейді.

Б) Энтропияның қайтымсыз процестегі өзгерүін қарастырамыз.Бұл жағдайда (1.3.4.) теңдеу қайтымсыз процестері үшін мына түрде қабылданады

dS>0 немесе S₂-S₁>0, (1.3.6)

демек энтропия өседі.

Сонымен энтропия қайтымды процестерде оқшауланған жүйеде турақты болып қалады да, ал қайтымсыз процестерге өседі.

Шыныда барлық нақты процестер қайтымсыз, сондықтан оқшауланған жүйелерде энтропия барлық уақытта көбейеді, олай болса қайтымсыз (нақты) процестер барлық уақытта энтропияның өсуіне байланысты өтеді.

Сонымен оқшауланған жүйеде (dq=0) болуы, энтропияның өсу принципін немесе термодинамиканың екінші заңының жалпы түрін көрсетеді. Термодинамиканың екінші заңының физикалық мәніде, осы энтропияның оқшауланған жүйеде өсу принципін белгілеу (анықтау).

Сонымен энтропияның өзгеруіне қарай нақты процестің қандай бағытта өтетінін айтуға болады.Термодинамиканың екінші заңының мағынасы бойынша барлық нақты процестерде энтропия өсуі сөзсіз.

Әдебиеттер: 2 [28-30, 33-42]; 4 [32-37]; 5 [33-36, 39-51]

Бақылау сұрақтары:

2 Қандай машиналар Карноның тура және кері циклдері бойынша жұмыс жасайды?

3 Карноның теоремасының маңызы неде?

4 Карно циклы қандай процестерден тұрады?

5 Көрсетіңіз қайтымды процестер үшін Клаузиус интегралы dq/Т=0, ал қайтымсыз процестер үшін dq/Т <0.

6 Термодинамиканың екінші заңының аналитикалық мәндерін көрсетіңіз.

4.Энтропия дегеніміз не?

5.Қайтымды және қайтымсыз процестердегі энтропияның өзгеруі.

Дәріс тақырыбы 4