- Là khoảng cách giữa hai nhân nguyên tử khi đã hình thành liên kết.
19. Dung dịch 2g một chất không điện li trong 1lit H2O có áp suất thẩm thấu 0,2 at mở
8.2. Nguyên lý thứ hai của nhiệt động học năng lượng tự do 1 Nội dung của nguyên lý
8.2.1. Nội dung của nguyên lý
Trong tự nhiên có 3 loại quá trình: Quá trình cưỡng bức (tốn năng lượng), quá
trình ma sát (không tốn nănglượng), và quá trình tự diễn (không tốn năng lượng mà có thể sinh công).Nguyên lý thứ II chỉ quan tâm đến quá trình tự diễn . Nó xét khả năng quá
trình tự diễn có xảy ra hay không? Chiều hướng và giới hạn của quá trình tự diễn xảy ra
theo chiều nào và khi nào thì dừng lại? Để phân biệt chiều quá trình, nguyên lý thứ II
dựa vào sự khác nhau giữa công và nhiệt.
Thực tế cho thấy công có thể chuyển hoàn toàn thành nhiệt (toàn bộ công sinh ra
chỉ dành cho việc làm nóng hệ)nhưng nhiệt không thể chuyển hoàn toàn thành công vì luôn luôn có một lượng tiêu phí cho hệ và môi trường( làm nóng hay thay đổi trạng thái
hệ, gọi là sự bổ chính hay sự đền bù. Vì vậy trong máy nhiệt phải có một nguồn lạnh,
nhận một phần nhiệt từ nguồn nóng thì mới sinh công được, do đó hiệu suất nhiệt của động cơ không thể bằng 1 (tỉ lệ giữa công và lượng nhiệt cấp cho hệ không thể bằng 1).
=
QA A
1
Nguyên lý thứ II đưa ra hàm năng lượng tự do và khẳng định: = H G .
Như vậy, trong nguyên lý thứ I khẳng định sự tương đương giữa công và nhiệt về
mặt số lượng thì nguyên lý II khẳng định sự không tương đương giữa chúng về chất lượng. Nguyên lý II còn cho biết chiều tự diễn trong hệ cô lập, nhờ đưa ra hàm trạng thái
mới là entropi S.
Biểu thức toán học của nguyên lý II:
Nhiệt và công đều là những hình thức truyền năng lượng . Vì vậy nhiệt cũng phải được biểu thi bằng tích của một thừa số cường độ và biến thiên thừa số khuyeechs độ tương ứng.
135
Thừa số cường độ của chuyển động nhiệt là nhiệt độ T. Người ta gọi thừa số
khuyếch độ của chuyển động nhiệt là entropi, ký hiệu là S. Trong quá trình thuận nghịch
ta có : Qtn = T.S hay Qtn = T.d S
Vi phân entropi là vi phân toàn phần vì entropi cũng là hàm trạng thái như các
thừa số khuyếch độ khác.
Từ đó ta có thể suy luận: Atn Abtn (Công của quá trình thuận nghịch phải
lớn hơn công của quá trình bất thuận nghịch). Nên Qtn Qbtn (nhiệt của quá trình thuận nghịch phải lớn hơn nhiệtcủa quá trình bất thuận nghịch).
Nên ta có: dS = T Qbtn và dS T Qbtn suy ra dS T Q trong đó dấu bất đẳng thức
dùng cho quá trình tự diễn, dấu bằng dùng cho quá trình cân bằng, nghĩa là không tự diễn
biến nữa(giới hạn của quá trình tự diễn). Đó là biểu thức toán học của nguyên lý II, nó biểu thị được cả ba nội dung: khả năng, chiều hướng và giới hạn của quá trình tự diễn.
Biểu thức chỉ có ý nghĩa khi áp dụng trong hệ cô lập , là hệ có Q = 0. Khi đó ta
có dS 0 (dạng vi phân)
S 0 (dạng tích phân)
Từ đó nguyên lý II được phát biểu như sau: Trong hệ cô lập , quá trình tự diễn xảy ra theo chiều tăng entropi của hệ. Quá trình dừng lại khi entropi đạt giá trị cực đại.
Entropi có 3 tính chất:
- Vì là thừa số khuyếch độ nên S có cộng tính: Shệ =
i i S
- Là hàm trạng thái nên biến thiên entropi của phản ứng bằng tổng entropi các sản phẩm
trừ đi tổng entropi các chất tham gia.
- Trong hệ cô lập nên entropi luôn tăng theo quá trình tự diễn, và đạt giá trị cực đại khi đạt trạng thái cân bằng.
Entropi được coi là thước đo mức độ hỗn loạn của hệ do đó:
Schất rắn Schất lỏng Schất khí