Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung của bài giảng: Biểu thức định lượng của Nguyên lý thứ II, hàm entropy và nguyên lý tăng entropy, entropy và nguyên lý thứ II của nhiệt động, ý nghĩa của entropy. Mời các bạn cùng tham khảo.
HỌC VIỆN Y – DƯỢC HỌC CỔ TRUYỀN VIỆT NAM BỘ MÔN SINH – LÝ SINH Bài 4 Bài 4 ENTROPY ENTROPY VÀ NGUYÊN LÝ TĂNG ENTROPY VÀ NGUYÊN LÝ TĂNG ENTROPY Giảng viên: ThS Nguyễn Khắc Điền Email: nguyenkhacdien@gmail.com Điện thoại: 0904005714 N NỘ ỘI DUNG BÀI GI I DUNG BÀI GIẢ ẢNG NG I. Bi I. Biểểu th u thứ ức đ c địịnh l nh lượ ượng c ng củ ủa Nguyên lý th a Nguyên lý thứ ứ II II II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy III. III. Entropy Entropy và và nguyên nguyên lý lý th thứ ứ II II ccủ ủa a nhi nhiệệt t đđộ ộng ng V. Ý nghĩa c V. Ý nghĩa củ ủa entropy a entropy VI. Bài t VI. Bài tậập tr p trắắc nghi c nghiệệm m I. Bi I. Biểểu th u thứ ức đ c địịnh l nh lượ ượng c ng củ ủa Nguyên lý th a Nguyên lý thứ ứ II II Từ các biểu thức về hiệu suất của động cơ nhiệt và động cơ Carnot ta có: Tổng đại số của đại lượng Q/T trong chu trình Carnot là bằng khơng. I. Bi I. Biểểu th u thứ ức đ c địịnh l nh lượ ượng c ng củ ủa Nguyên lý th a Nguyên lý thứ ứ II II Từ các Xét m ột chu trình thu biểu thức vậ ền ngh hiệu ịch b suấất t k củỳa động cơ P nhiPệt và động cơ Carnot ta có: V V ặp hai đ ường đ ẳng nhi ệt M ột chu trình thu Tổ ng đại số ậcn ngh ủa ịđch b ại ấlt ượCác c ng Q/T trong chu trình kỳ có thể coi như được tạo được thực hiện hai lần theo Carnot là b ằ ng không thành từ một số rất lớn các hai chiều ngược nhau nên khử chu trình Carnot nguyên tố I. Bi I. Biểểu th u thứ ức đ c địịnh l nh lượ ượng c ng củ ủa Nguyên lý th a Nguyên lý thứ ứ II II Xét một chu trình thuận nghịch bất kỳ. P P V Một chu trình thuận nghịch bất kỳ có thể coi như được tạo thành từ một số rất lớn các chu trình Carnot nguyên tố V Các cặp hai đường đẳng nhiệt được thực hiện hai lần theo hai chiều ngược nhau nên khử I. Bi I. Biểểu th u thứ ức đ c địịnh l nh lượ ượng c ng củ ủa Nguyên lý th a Nguyên lý thứ ứ II II Xét một chu trình thuận nghịch bất kỳ. TổPng đại số của đại lượPng Q/T bằng khơng trong các chu trình thuận nghịch bất kỳ. Nếu chu trình khơng thuận nghịch thì: V ổng quát của nguyên lý II V : Biểu thức định lượng t II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy 1. Hàm entropy Điều kiện chứng tỏ một đại lượng x nào đó là biến số trạng thái là: dQ/T là vi phân của một hàm trạng thái nào đó, hàm mới này gọi là entropy của một hệ và ký hiệu là chữ S Trong hệ SI đơn vị của entropy là J/K II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy 1. Hàm entropy Điều ki Xét m ột chu trình thu ện chứng tỏ m ậộ n t đại lượng x nào đó là ngh bi ến s ịch ố tr đượ ạng thái là: c tạo thành từ hai q trình thuận nghịch a1b và b2a dQ/T là vi phân của một hàm trạng thái nào đó, hàm mới này gọi là entropy của một hệ và ký hiệu là chữ S Trong hệ SI đơn vị của entropy là J/K II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy 1. Hàm entropy Xét một chu trình thuận nghịch được tạo thành từ hai quá trình thuận nghịch a1b và b2a Độ biến thiên entropy chỉ phụ thuộc vào entropy của trạng thái đầu a và trạng thái cuối b của hệ II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy 1. Hàm entropy Entropy của một trạng thái có thể xác định sai kém nhau một hằng số Độ biến thiên entropy chỉ phụ thuộc vào entropy của trạng thái đầu a và trạng thái cuối b của hệ II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy 2. Nguyên lý tăng entropy Quá trình thuận nghịch (q trình khơng có ma sát) Entropy của hệ có thể tăng, giảm hoặc khơng đổi. Nhưng entropy của hệ cộng mơi trường giữ ngun khơng đổi II. Hàm entropy và ngun lý tăng entropy II. Hàm entropy và ngun lý tăng entropy 2. Ngun lý tăng entropy Q trình khơng thu ận ngh ịch trình khơng có Q trình thuận ngh ịch (q ma sát) Ví dụ: Xét sự dãn nở của khí lý tưởng vào chân khơng trong bình cách nhiệt. Khí dãn nở vào chân khơng nên A = 0. Bình cách nhi Entropy của ệ hệ t v có ới mơi tr thể tăng, ường nên Q = 0 giảm hoặc khơng đVổậi. Nh y: ∆S = 0 ưng entropy của hệ cộng mơi trường giữ Kết luận này ổ ngun khơng đ sai i vì đối với q trình khơng thuận nghịch, biến thiên entropy khơng thể bằng khơng II. Hàm entropy và ngun lý tăng entropy II. Hàm entropy và ngun lý tăng entropy 2. Ngun lý tăng entropy Q trình khơng thuận nghịch Ví dụ: Xét sự dãn nở của khí lý tưởng vào chân khơng trong bình cách nhiệt. Theo ngun ký th ứ nhất A = 0; Q = ∆U = 0 Khí dãn n ở vào chân khơng nên A = 0. Bình cách nhi ệ t v i mơi tr ườ ng nên Q = 0 Tính sự biến thiên của entropy trong quá trình V ậ y: ∆S = 0 thuận nghịch nào đó có trạng thái đầu và trạng K ế t lu ậ n này sai vì đ ố i v i q trình khơng thái cuối trùng với trạng thái đầu và trạng thái thu ậ n ngh ị ch, bi ế n thiên entropy khơng th ể b ằ ng cuối của q trình dãn khí vào chân khơng. khơng II. Hàm entropy và ngun lý tăng entropy II. Hàm entropy và ngun lý tăng entropy 2. Ngun lý tăng entropy Q trình khơng thuận nghịch Ví dụ: Xét sự dãn nở của khí lý tưởng vào chân khơng trong bình cách nhiệt. Theo ngun ký thứ nhất A = 0; Q = ∆U = 0 Tính biến thiên của entropy trong quá trình ∆U = s0 ự(quá trình thu ận này nghlà ịch nào đó có trạng thái đầu và trạng quá trình thái cu ố i trùng v i tr ng thái đ ầ u và tr ng thái đẳng nhiệt) cuối của q trình dãn khí vào chân khơng. II. Hàm entropy và ngun lý tăng entropy II. Hàm entropy và ngun lý tăng entropy 2. Ngun lý tăng entropy Q trình khơng thuận nghịch Ví dụ: Xét sự dãn nở của khí lý tưởng vào chân ∆U = 0 v ậy Q = A, do đó: ệt. khơng trong bình cách nhi Theo ngun ký thứ nhất A = 0; Q = Cơng sinh ra trong q trình đ ẳng ∆U = 0 (quá nhi ệt: trình này là quá trình đẳng nhiệt) ∆U = 0 II. Hàm entropy và ngun lý tăng entropy II. Hàm entropy và ngun lý tăng entropy 2. Ngun lý tăng entropy Q trình khơng thuận nghịch ∆U = 0 vậy Q = A, do đó: Cơng sinh ra trong q trình đ Vì Vb > Va, nên entropy tăng ẳng nhiệt: Phát biểu nguyên lý: Với quá trịnh nhiệt động thực tế xảy ra trong một hệ cô lập, entropy của hệ luôn luôn tăng III. III. Entropy Entropy và và nguyên nguyên lý lý th thứ ứ II II ccủ ủa a nhi nhiệệt t đđộ ộng ng Theo phát biểu của Thomson về nguyên lý II: Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại hai Giả sử tồn tại động cơ vĩnh cửu loại hai: Vì vậy tác nhân của động cơ chỉ nhận nhiệt từ một nguồn nhiệt. Nguồn nhiệt này chính là mơi trường của hệ. Entropy của môi trường giảm sau một chu kỳ. Điều này trái với nguyên lý tăng entropy III. III. Entropy Entropy và và nguyên nguyên lý lý th thứ ứ II II ccủ ủa a nhi nhiệệt t đđộ ộng ng Theo phát biểu của Thomson v Clausius vềề nguyên lý II: nguyên lý II: Không th Nhi ệt không th ể chếể t t ạo đ ự truy ược đ ền tộừng c vậơt l vĩnh c ạnh sang v ửu loạ ật i nóng hơn mà khơng kèm theo sự biến đổi nào cả hai Gi ộng c vĩnh c Giả ả s sử t ử tồ ồn t n tạ ại đ i máy l ạơ nh vĩnh cửửu u:loại hai: Vì v a đ ộng c ận nhi t tlà ừ Đối ậvyớ tác nhân c i máy làm ủlạ nh vĩnh ơc ch ửu ỉ nh môi trườệ ng m ột ngu ồn nhi ệ bi t này chính là mơi hai nguồồn n nhi nhiệệt t. Ngu T1 và T S ự ến thiên entropy tr ườ ng c ủ a h ệ Entropy c ủ a môi tr ườ ng gi ả m của môi trường là: sau một chu kỳ. Điều này trái với nguyên lý tăng entropy III. III. Entropy Entropy và và nguyên nguyên lý lý th thứ ứ II II ccủ ủa a nhi nhiệệt t đđộ ộng ng Theo phát biểu của Clausius về ngun lý II: Nhiệt khơng thể tự truyền từ vật lạnh sang vật nóng hơn mà khơng kèm theo sự biến đổi nào cả Giả sử tồn tại máy lạnh vĩnh cửu: Đối với máy làm lạnh vĩnh cửu môi trường là hai ồT n nhi ệt ∆S T1 và T Sềựu binày ến cũng thiên entropy 2 Đi Vì Tngu > nên T2 nên ∆S