- 3
2.2.1Khỏi niệm về entropy 50
Khỏi niệm về entropy lần đầu tiờn xuất hiện trong lý thuyết nhiệt động học cỏch đõy đó hơn 50 năm. Khỏi niệm này nờu lờn mối quan hệ giữa quỏ trỡnh thuận nghịch và khụng thuận nghịch. Entropy là thước đo số lượng cỏc phõn tử chuyển động hỗn độn trong hệ thống, được xỏc định theo cụng thức [5]: dS = T dQ (2.3) ds = T dq (2.4)
trong đú: S - entropy của hệ thống, J/K
Như đó biết, mọi quỏ trỡnh thực trong tự nhiờn đều là những quỏ trỡnh khụng thuận nghịch. Đối với một hệ thống cụ lập, năng lượng trao đổi giữa hệ và mụi trường bằng khụng. Trong trường hợp này, entropy của hệ sẽ tiếp tục tăng bởi quỏ trỡnh khụng thuận nghịch và đạt giỏ trị lớn nhất, khi đú hệ đạt tới trạng thỏi cõn bằng nhiệt động. Trong trường hợp tổng quỏt, khi một hệ thống bắt đầu trao đổi entropy với mụi trường bờn ngoài, nú dịch chuyển xa dần trạng thỏi cõn bằng và entropy bắt đầu thay đổi. Sự thay đổi entropy cú được là do trao đổi nhiệt và trao đổi chất giữa hệ thống với mụi trường.
Nội năng của một chất cú thể phõn bố một cỏch ngẫu nhiờn như động năng ở mức phõn tử và nhỏ hơn phõn tử và như năng lượng liờn kết dưới dạng lực hỳt và đẩy giữa cỏc phõn tử. Năng lượng này được gọi là năng lượng hỗn độn khi nú khụng chuyển hoỏ thành cụng ở mức độ vĩ mụ trong toàn bộ hệ thống theo cỏch tương tự như động năng và thế năng trọng trường. Chẳng hạn như, nhiệt độ là một thụng số nhiệt động xỏc định một hệ thống cõn bằng sẽ tăng hay giảm năng lượng hỗn độn trong nú nếu tiếp xỳc với một hệ thống cõn bằng khỏc. Nếu cỏc hệ thống khụng cựng nhiệt độ, năng lượng hỗn độn sẽ được phõn bố lại từ hệ thống cú nhiệt độ cao hơn đến hệ thống cú nhiệt độ thấp hơn. Quỏ trỡnh truyền nhiệt vào một hệ thống làm tăng năng lượng hỗn độn trong hệ. Ngược lại, quỏ trỡnh truyền nhiệt ra khỏi hệ thống làm giảm năng lượng hỗn độn trong hệ. Quỏ trỡnh truyền nhiệt thuận nghịch được đặc trưng bởi cả số lượng năng lượng truyền đến hoặc đi ra khỏi hệ thống và mức độ chờnh nhiệt độ. Do vậy, một hệ thống cú sự hỗn độn của phõn tử ở mức cao (chẳng hạn chất khớ ở nhiệt độ cao) sẽ cú giỏ trị entropy cao và ngược lại. Đú chớnh là ý nghĩa cơ bản của entropy.