Завдання науково-дослідного характеру

Перший закон термодинаміки не дозволяє визначити напрям перебігу термодинамічних процесів, тобто в його формулюванні немає заборони для процесу передачі теплоти від холодного тіла до гарячого. Насправді так процес йти не може. Другий закон термодинаміки говорить: неможливий процес, єдиним результатом якого була б передача енергії у вигляді тепла, від холодного тіла до гарячого.

Фізична характеристика системи, зміна якої під час переходу системи з одного стану в інший не залежить від виду відповідного цьому переходу термодинамічного процесу, а повністю визначається значеннями параметрів початкового й кінцевого станів, називається функцією стану. Найважливішими функціями стану системи є внутрішня енергія U, ентропія S. Під час переходу системи з стану 1 в стан 2 зміна внутрішньої енергії, наприклад: не залежить від виду процесу. Дія кругового процесу (в результаті якого система повертається в початковий стан): .

Ентропією називається функція стану системи, що визначається співвідношенням:

, (4)

. (5)

Формули (4), (5) дають змогу підрахувати лише зміну ентропії. За законом зміни ентропії системи в оборотному процесі можливо зробити висновок про напрям теплообміну (під час нагріванні тіла ентропія зростає під час охолодженні зменшується . Під час рівноважних адіабатичних процесів – ентропія не зменшується. Під час інших процесах - ізохоричному, ізобаричному, ізотермічному - ентропія змінюється. Зокрема під час рівноважного ізотермічного процесу , зміна ентропії дорівнює:

. (6)

У неізольованих термодинамічних системах ентропія завжди збільшується:

; .

Знак рівності належить до оборотніх процесів (тобто до таких, які можливо провести в зворотному напрямку через ті самі стани), а знак нерівності - до необоротних. Усі реальні процеси необоротні, тому ентропія завжди зростає.

Розглянемо зміну ентропії під час випаровування води в процесі кипіння. Процес кипіння відбувається за постійної температури - температури кипіння і є ізотермічним. Зміна ентропії під час цього визначається із співвіднонення:

. (7)

Кількість теплоти, яку потрібно затратити, щоб нагріти воду від кімнатної температури до температури кипіння :

, (8)

де і - теплоємність і маса води.

Кількість теплоти, необхідна на перетворення в пару маси води (дорівнює кількості теплоти, що виділиться під час конденсації такої ж маси пари) за температури кипіння:

,

де L - питома теплота випаровування (конденсації).

Приріст ентропії під час випаровування можна розрахувати за формулами (6) і (7)

. (9)

Хід роботи:

1. Визначивши в попередній роботі, за формулою (9) визначити зміну ентропії під час випаровування в процесі кипіння для маси , заданої викладачем.