Зміна ентропії в реальних системах

Процес вирівнювання температур тим ближчий до оборотного, чим швидше у всьому об’ємі змішуваних тіл зникають місцеві (локальні) неоднорідності температур і чим менші розміри (об’єми) цих тіл. У реальному нерівноважному процесі швидкість вирівнювання температур тіл, що дотикаються, розрахована на одиницю об'єму, обернено пропорційна теплоємності тіл.

Якщо в калориметр із певною кількістю води за заданої температури опустити нагріте до більшої температури тіло, відбудеться теплообмін і встановиться загальна температура. Повторимо дослід із тими ж вихідними даними, зменшивши теплоємність зануреного тіла; одержимо ближчий до оборотного процес. Ступінь його оборотності в ізольованій системі можна визначити, розрахувавши зміну ентропії. Для твердого і рідкого тіла , де – питома теплоємність тіла, – його маса.

Роботою розширення можна знехтувати, тому . Зміна ентропії процесу між станами 1 і 2:

. (10)

Внаслідок адитивності ентропії ,

де - зміна ентропії системи тіла, - зміна ентропії одного тіла,

- кількість тіл системи.

До складу цієї системи входять: досліджуване тіло масою з питомою теплоємністю і початковою температурою (температура пари киплячої води за шкалою Кельвіна), калориметр масою , з питомою теплоємністю й початковою температурою ; вода в калориметрі, масою з - питомою температурою води й початковою температурою . Після закінчення процесу теплообміну встановиться температура .

Під час вирівнювання температури ентропія кожного з тіл змінюється:

(тіло); (калориметр), (вода).

Зміна ентропії всієї системи:

. (11)

Розраховуємо зміну ентропії декількох тіл під час опускання їх у воду.

Хід роботи

1. Використовуючи дані вимірювань роботи №14, розраховують за формулою (11).

Контрольні питання

1. Друге начало термодинаміки.

2. Що таке ентропія та її зміни?

3. Оборотні й необоротні процеси.

Лабораторна робота №14