Bài giảng Vật lý đại cương - Độ biến thiên entrôpi của khí lý tưởng

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - Độ biến thiên entrôpi của khí lý tưởng

1. )2( Dấu = ứng với QT thuận nghịch δQ Dấu > ứng với QT không Th nghịch ΔS ≥ ∫ T ³ Đây lμ biểu thức định l−ợng NL hai )1( NĐLH viết d−ới dạng hμmentropi • Quá trình Th nghịch: ΔS=0 (entrôpi không đổi) • Quá trình không Th ngh: ΔS>0 (entrôpi tăng) • Trong thực tế các quá trình lμ không thuận nghịch: Trong hệ cô lập các quá trình nhiệt động lực luôn xảy ra theo chiều entrôpi tăng Hệ cô lập thực không thể 2 lần qua cùng một trạng thái. Quá trình chấm dứt thì S đạt cực đại vμ hệ ở trạng thái cân bằng
2. Ví dụ * Hệ gồm 2 vật với T1vμ T2: Q2 -Vật 2 nhận Q1=-Q2 ⇒ −0 > T1T 2 T2T 1 • Vật nhận nhiệt (2) phải có nhiệt T2 độ thấp hơn: T1>T2 i p ô r t n ge n ă ýt nl ê yt−ơng u g đ N−ơng với nguyên lý 2 nhiệt động lực học
3. *Hiệu suất cực đại: Chu trình TN ΔSS2+ Δ 1= ΔQ2 ΔQ1 ΔQ1 nhả từ nguồn nóng → S1 = − = 0 T2 T1 ΔQ2 nguồn lạnh nhận → S2 T2 ⇒ ΔQ2 =Q1 Δ T1 'A T2 =A'QQ Δ −1 Δ 2 ⇒max η=1 = − ΔQ1 T1 4. Thuyết chết nhiệt vũ trụ vμ sai lầm của nó: * Clausius coi vũ trụ lμ hệ cô lập vμ áp dụng nguyên lý 2 cho toμn vũ trụ: Khi S tăng đến cực đại vũ trụ ở trạng thái cân bằng-> chết
4. Sai lầm của Clausius: a. áp dụng hệ cô lập trên trái đất cho toμn vũ trụ vô hạn b. Mâu thuẫn với ĐL bảo toμnbiếnhoánăng l−ợng c. Vũ trụ biến đổi không ngừng: Sao chết, sao mới, vùng nhiệt độ cao biến đổi entrôpi giảm. d. Những thăng giáng lớn trongvũtrụ (Boltzmann) c. Không tính đến tr−ờng hấp dẫn vũ trụ. Thuyết vụ nổ Big Bang: entrôpi tăng đúng theo nguyên lý 2.
5. 5. Độ biến thiên entrôpi của khí lý t−ởng 2 δQ 1(p1V1T1)->2(p2V2T2)-> ΔS =∫ 1 T a. Quá tr đoạn nhiệt:Qδ 0= ⇒ Δ S= 0⇒ 1= S 2 S b. Quá trình đẳng nhiệt: 2 δQ Q T= const ⇒S Δ = = ∫ T T c. Quá trình thuận nghịch bất kỳ: 1 m ýI nl ê y uQ g: δ N = dU− δ A dU = C dT μ V m dV δA = − pdV =RT − μ V ( 2 )m dT m dV ΔS( = C + R ) ∫ V ( 1 ) μ T μ V
6. m T2 m V2 pVμ ΔS =CV ln + R ln T = vμ μ T1 μ V1 mR RC=P −CV m p2 V2 m V2 ΔS =CV ln( () + CPV− C ) ln μ p1 V1 μ V1 m p2 m V2 ΔS =CV ln + CP ln μ p1 μ V1 m V2 Đối ớiv quá trình đẳng áp: ΔS =CP ln μ V1 m p2 Đối ớiv quá trình đẳng tích: ΔS =CV ln μ p1
7. 6. Đồ thị entrôpi, tính Q: T Đẳng nhiệt T 2 Bất kì 2 S2 1 2 1 Q=∫ Q δ = ∫ TdS Q=T.ΔS 1 S1 S dS S S S1 S2 S 1 2 7. ý nghĩa của Nguyên lý NĐH II vμ entrôpi: •Nhiệtkhông thể truyền từ vật lạnh hơn sang vật nóng hơn. Khi T1=T2 hệ cân bằng không thể trở về trạng thái không cân bằng. Hệ không qua 1 trạng thái 2 lần.
8. • Trạng thái vĩ mô = tổng hợp các trạng thái vi mô → Nhiều khả năng. w-xác suất nhiệt động của trạng thái vĩ mô. Theo Boltzmann S=k.lnw; k- hằng số Boltzmann •entrôpi lμ một hμm trạng thái đặc tr−ng cho mức độ hỗn loạn các phân tử. • không đo trực tiếp đ−ợc entrôpi. • T↑ S↑ : (Rắn→lỏng→khí), •NếuT↓ S↓ : (Khí→lỏng→ rắn). •Trong hệ cô lập ΔS ≥ 0. Khi ΔS =0 hệ ở trạng thái cân bằng
9. 7. Định lý Nernst Khi nhiệt độ tuyệt đối tiến tới 0, entrôpi của bất cứ vật nμo cũng tiến tới 0: lim= S 0 T δQ T→ 0 Tính S của hệ tại T: S = ∫ T T 0 c ( T ) dT Trong QT đẳng áp: S = P ∫ T Hệ quả của Định lý Nernst 0 T ΔS =Q/T 12 1 ΔS=ΔS12 +ΔS23 +ΔS34 +ΔS41=0 1 T1 2 ΔS23 =ΔS41=0 Không thể có QT 34 4 0 3 S Không thể đạt đ−ợc 0K ΔS34=Q/0?
10. Đ8. Các hμm thế nhiệt động 1. Định nghĩa: Hμm nhiệt động lμ hμm trạng thái, mμ khi trạng thái thay đổi thì vi phân của nó lμ vi phân toμn chỉnh. a. Hμm nội năngdU U(S,V) = Qδ + δ A= δ − δ Q A ' Từ Ng.lýdU I: TdS= -U⇒ pdV = U(S, V) Nếu S=const, V=const thì U=const. ∂U ∂U dU= ) ( dS+ ) ( dV Lấy vi phân U có ∂S V ∂V S thể tính ra các đại ∂U ∂U l−ợng khác: ⇒T() = & = p) ( ∂S V ∂V S