Энтропия и необратимость

В 1954 г. Н. И. Белоконь предложил второе начало классической термодинамики разделить на два независимых начала, отражающих, с одной стороны, принцип существования абсолютной температуры и энтропии (второе начало термостатики) и, с другой — принцип возрастания энтропии и необратимости внутреннего теплообмена (второе начало термодинамики). [c.5]

За последние 50 лет наши взгляды на Природу коренным образом изменились. Классическая наука делала основной упор на равновесие и стабильность. Мы же на всех уровнях от химии и биологии до космологии наблюдаем флуктуации, нестабильности и эволюционные процессы. Всюду вокруг нас необратимые процессы, в которых симметрия во времени нарушена. Различие между обратимыми и необратимыми процессами сначала вошло в термодинамику через понятие энтропии или, как называл ее сэр Артур Эддингтон, стрелы времени. Тем самым наш новый взгляд на Природу приводит к повышенному интересу к термодинамике. К сожалению, большинство вводных курсов посвящено изучению равновесных состояний, и термодинамика в них ограничена идеализированными процессами. Взаимосвязь между происходящими в природе необратимыми процессами, например между химическими реакциями и теплопроводностью, с одной стороны, и скоростью увеличения энтропии, с другой, остается скрытой от изучающего термодинамику. В нашей книге мы предлагаем современное изложение термодинамики, в котором связь между скоростью увеличения энтропии и необратимыми процессами становится ясной с самого начала. Равновесие остается интересной областью исследования, но при современном состоянии науки представ,ляется существенным включать в сферу исследований и необратимые процессы. [c.7]

Обсуждение второго закона термодинамики в гл. 6 основано непосредственно на статистических выводах, взятых из гл. 3 и 4. Так как энтропия определена как функция состояния, анализ обратимых циклических тепловых двигателей и необратимых процессов дается как естественное применение основных принципов. [c.28]

Для всех необратимых процессов энтропия и общее число способов осуществления состояния изолированной системы увеличиваются. Для этих путей для окружающей среды уменьшается в меньшее число раз, чем Wg возрастает, так что произведение изолированной системы возрастает. [c.196]

Энтропия. Вычисление энтропии идеального газа для обратимых и необратимых процессов [c.81]

Энтропия есть функция состояния, поэтому изменение энтропии, как для обратимого, так и необратимого процессов будет одним и тем же. Уравнение (8-12) показывает, что для обратимого процесса [c.121]

Каково изменение энтропии в замкнутой системе, если в ней протекают обратимые и необратимые процессы [c.135]

Дросселирование, как указывалось, является необратимым процессом, при котором всегда происходит увеличение энтропии и уменьшение работоспособности рабочего тела. [c.219]

Диффузия — необратимый процесс, связанный с большим ростом энтропии, и ее возникновение и развитие, особенно в области высоких температур при сварке, неизбежно. [c.299]

Указывать на постоянство других переменных в частных производных (6.34), (6.35) не обязательно, та к как в данном случае энтропия от них не зависит. По той же причине в формулировке третьего закона не содержится требования обратимости изотермических процессов при 7 = 0 обратимые и необратимые процессы не различаются, поскольку мера необратимости, энтропия, остается постоянной. [c.58]

Подчеркнем здесь следующее обстоятельство. Наличие ударных волн приводит к возрастанию энтропии при таких движениях, которые можно рассматривать во всем пространстве как движение идеальной жидкости, не обладающей вязкостью и теплопроводностью. Возрастание энтропии означает необратимость движения, т. е. наличие диссипации энергии. Таким образом, разрывы представляют собой механизм, который приводит к диссипации энергии при движении идеальной жидкости. В связи с этим для движения тел в идеальной жидкости, сопровождающегося возникновением ударных волн, не имеет места парадокс Даламбера ( 11)—при таком движении тело испытывает силу сопротивления. [c.459]

X) Термин "стационарность здесь употреблен п термодинамическом смысле - изменение энтропии и количества тепла для тела н целом равно нулю. Условие (433) было получено из принципа И.Р Пригожина [4] о минимальности величины ежесекундного прироста энтропии, обусловленной необратимыми изменениями внутри системы. [c.327]

Мерой необратимости процесса в замкнутой системе (см. 17) является изменение новой функции состояния — энтропии, существование которой у равновесной системы устанавливает первое положение второго начала о невозможности вечного двигателя второго рода. Однозначность этой функции состояния приводит к тому, что всякий необратимый процесс является неравновесным (см. 17). Верно и обратное заключение всякий неравновесный процесс необратим, если в дополнение ко второму началу осуществляется достижимость любого состояния неравновесно, когда оно достижимо из данного равновесно [вся современная практика подтверждает выполнение этого условия однако противоположное условие (см. 30) выполняется не всегда]. Деление процессов на обратимые и необратимые относится лишь к процессам, испытываемым изолированной системой в целом разделение же процессов на равновесные и неравновесные с этим не связано. [c.54]

Это уравнение показывает, что изменение энтропии в данном месте может происходить как за счет притока энтропии извне, так и необратимых процессов, протекающих внутри данного объема. Запишем это уравнение в виде [c.273]

Нелинейная термодинамика коренным образом изменяет статус второго начала термодинамики. Действительно, этот закон, как видим, определяет не только разрушение структур при необратимых процессах вблизи равновесного состояния, но и возникновение структур при необратимых процессах вдали от равновесия открытой системы. Отражая необратимость всех реальных процессов, второе начало выражает, таким образом, закон развития материи. Такое понимание второго начала термодинамики снимает кажущееся противоречие между этим законом о возрастании энтропии и беспорядка в замкнутой системе и теорией эволюции Дарвина о возникновении все более сложных и самовоспроизводящихся структур в живой природе. Заметим, что дело здесь не только в том, что живая система является открытой, поскольку вместе со средой она образует закрытую систему, энтропия которой также возрастает при усложнении живой системы. [c.281]

Здесь первое слагаемое определяет изменение энтропии системы за счет притекающей в нее теплоты. Эта величина и стоит в правой части неравенства Клаузиуса классической термодинамики. Второе слагаемое представляет собой изменение энтропии, вызванное необратимостью процесса теплопроводности внутри выделенного объема. Так как этот член всегда положителен, то выражение (1), а также общее выражение (13.6) не противоречит неравенству Клаузиуса. [c.370]

Процесс изменения состояния находящегося в окружающей среде тела может быть как обратимым, так и необратимым. В течение этого процесса тело будет обмениваться теплом с окружающей средой и, кроме того, совершать полезную работу над внешним объектом работы (который предполагается теплоизолированным как от рассматриваемого тела, так и от окружающей среды). Так как температура окружающей среды неизменна, то теплота Q, полученная телом от окружающей среды, равняется —T AS, где as = S2 — Si есть изменение энтропии окружающей среды в результате процесса /—2. [c.81]

Статистическое рассмотрение различных процессов, происходящих в замкнутой системе, лишает понятие необратимости того абсолютного значения, которое оно получило в феноменологической термодинамике. Всякий действительный процесс, происходящий, например, в изолированной системе, является в принципе и необратимым, и обратимым, поскольку он может сопровождаться как возрастанием энтропии, так и уменьшением или сохранением ее на постоянном уровне, т. е. может быть обращен в любом направлении. Такой обращающийся характер. действительных процессов основывается на строгой обратимости элементарных молекулярных, внутримолекулярных и внутриатомных двия ений. Однако вероятность обращения действительного процесса, т. е. вероятность того, что процесс изменения состояния изолированной системы пойдет не в сторону возрастания энтропии, а в сторону уменьшения ее, крайне мала. Поэтому, если процессы, противоречащие принципу необратимости, и встречаются в природе, то настолько редко и в таком ничтожном масштабе, что нисколько не лишают силы термодинамическую трактовку второго, начала термодинамики и не обесценивают ее значения. [c.95]

Скачок уплотнения представляет собой необратимый процесс, сопровождающийся увеличением энтропии и вызывающий поэтому дополнительную потерю располагаемой полезной работы. [c.318]

Вывод о существовании энтропии 5 и абсолютной температуры Т как термодинамических функций состояния любых тел составляет основное содержание второго начала термодинамики (по терминологии Н. И. Белоконя — второго начала термостатики). Математическое выражение в форме равенства 6Q= 8Q +6Q = TdS распространяется на любые процессы — обратимые и необратимые. В качестве постулата для вывода этого закона может быть использовано утверждение, что температура есть единственная функция состояния, определяющая направление самопроизвольного теплообмена между телами, т. е. между телами и элементами тел, не находящимися в тепловом равновесии, невозможен одновременный и самопроизвольный (по балансу) переход теплоты в противоположных направлениях — от тел более нагретых к телам менее нагретым и обратно [7]. Из этого постулата вытекает ряд важных следствий о невозможности одновременного осуществления полных превращений теплоты в работу и работы в теплоту (следствие 1), о несовместимости адиабаты и изотермы (следствие 2), теорема о тепловом равновесии тел (следствие 3) [7]. [c.57]

Принятый метод исследования является термодинамическим. Он опирается на основные положения термодинамики, знание которых является отправным пунктом при изучении термодинамических свойств веществ. К ним относятся первый и второй законы термодинамики, понятия о термодинамической температуре и энтропии, представления об обратимости и необратимости процессов и некоторые другие положения, вытекающие из первого и второго начал термодинамики. В книге не будут вводиться определения различных термодинамических величин (внутренней энергии, энтальпии, теплоемкости и т. д.), так как они даны в соответствующих курсах термодинамики. [c.5]

В то же время основной задачей теории изнашивания является установление критериев, с помощью которых можно было бы предсказать скорость (или интенсивность) изнашивания, наступление предельного состояния поверхностных слоев, переходы от одного вида изнашивания к другому. Наиболее общим и перспективным в исследовании и описании процессов изнашивания является термодинамический подход, в основе которого лежат законы сохранения энергии и принцип увеличения энтропии при необратимых процессах (первое и второе начала термодинамики). Целесообразность такого подхода также объясняется тем, что в основе современных теорий прочности твердых тел и строения вещества лежат энергетические концепции, а процесс трения всегда сопровождается диссипацией энергии. При этом совокупность происходящих физико-химических процессов, обусловливающая изменение структуры материала, энтропии трибосистемы и ее изнашивание (разрушение), может быть описана с помощью законов неравновесной термодинамики и термодинамических критериев (энерге- [c.111]

Если Рк<Ра, то адиабатный процесс заканчивается в области влажного пара. Для расчета такого процесса дополнительно находятся энтропия в точке А по (10.18) температура пара в конце процесса, равная температуре насыщения при конечном давлении Рк, изобарно-изотермический. потенциал (рг и энтальпии кипящей жидкости Л г и сухого насыщенного пара /г"г при конечном давлении. Все это позволяет определить энтальпии в конце изоэнтропного расширения Л2 и йгд (10.20), аналогичные энтальпиям / 4 и /г4А для процесса 3—4д. Энтальпия в конце действительного процесса расширения йгд при этом находится по (10.48) применительно к процессу А—2д, аналогичному процессу А—4д на рис. 10.26,е. Заканчивается этот фрагмент программы расчетом степени сухости пара за турбиной д 2д по (10.52). В результате расчета процесса 1—2д находятся энтальпии пара перед турбиной, за турбиной (для обратимого и необратимого процессов) и конечная степень сухости Х2д. После этого аналогично рассчитывается процесс 3—4д, в результате чего находятся Аз, А4, Л4Д и Хщ (рис. [c.291]

Для сжатия воздуха в газовых турбинах применяют не поршневые, а преимущественно центробежные и аксиальные (лопаточные) компрессоры в них, а также на лопатках газовых турбин рабочее тело движется с большими скоростями, что сопровождается трением как в самом газе, так и между газом и стенками. Часть кинетической энергии движущегося газа затрачивается на трение эта энергия превращается в тепло и усваивается газом. Как было сказано, трение — процесс необратимый сжатие и расширение газа по адиабате при наличии трения сопровождаются ростом энтропии, и эти процессы в Ts-диаграмме не будут изображаться прямыми, параллельными оси ординат. [c.167]

По этой же причине необратимый адиабатный процесс не может быть изоэнтропийным, что наглядно изображено на рис. 1.33. В конце необратимого адиабатного расширения от Ti до Т2 рабочее тело характеризуется состоянием 2, а не 2, так как в результате этого процесса вследствие потерь на необратимость возрастает энтропия. Если теперь осуществить необратимый процесс адиабатного сжатия до первоначальной температуры, то и в этом случае по той же причине рабочее тело будет характеризоваться не точкой Г, а точкой 1", при этом работоспособность рабочего тела уменьшится, поскольку при температуре Т, давление уже будет р < pi. Таким образом, при протекании в термодинамической системе необратимого процесса неизменно возрастает энтропия и тем в большей степени, чем больше необратимость следовательно, изменение энтропии является мерой необратимости термодинамических процессов. [c.54]

Все реальные процессы являются процессами необратимыми и все они протекают с потерей энергии на необратимость, т. е. с понижением работоспособности и возрастанием энтропии системы. Необратимость реальных процессов связана с потерей энергии на компенсацию градиентов параметров, характерных для данного процесса. Так необратимость гидродинамических процессов (движение вязкой жидкости и газа по каналам, смешение и перемешивание этих рабочих тел и т. д.) связана с потерей энергии на компенсацию градиента давления необратимость массообменных процессов связана с потерей энергии на компенсацию градиента концентрации и т. д. [c.54]

Задача 1.8. При температуре /1 = 10 С вода массой = 3 кг смешивается с водой массой тз = 2 кг, имеющей температуру = 80 С. Определить возрастание энтропии и потерю работоспособности из-за необратимости процесса смешивания, при котором теплота переходит самопроизвольно от более нагретой воды к менее нагретой. Температура охлаждающей среды = 17 С. [c.43]

Запишите математические выражения второго закона термодинамики для обратимых и необратимых процессов, объясните термодинамический смысл энтропии. [c.44]

В заключение укажем на метод расчета изменения энтропии рабочего тела в необратимых процессах. Возможно это только при допущении, что начальное и конечное состояния рабочего тела являются равновесными. Тогда разность энтропий — S3 = Д5 в двух конечных равновесных состояниях может быть определена из рассмотрения любого обратимого процесса (или группы процессов), проведенного между заданными равновесными состояниями. Таким образом, дей- ствительный и поэтому необратимый процесс заменяется фиктивным обратимым процессом, соединяющим оба крайних равновесных состояния рабочего тела. В этом случае изменение энтропии рабочего тела в обратимом процессе равно итоговому изменению энтропии в необратимом процессе. [c.123]

Таковы основные черты предложенной Гиббсом интерпретации понятия энтропии и необратимости. Барбари впервые отметил [1], что данное Гиббсом доказательство того, что при 2 > 1 ошибочно (Гиббс, гл. XII [7]). [c.44]

Обратив внимание на важность взаимосвязи энтропии и необратимых процессов, Пьер Дюгем (1861-1916) начал развивать необходимый математический аппарат. В своем обширном и трудном для понимания двухтомном труде Энергетика [8] Дюгем дал явные выражения для энтропии, произведенной в процессах, которые связаны с теплопроводностью и вязкостью. Некоторые из развитых Дюгемом идей относительно вычисления некомпенсированной теплоты появились также в работах польского исследователя Л. Натансона [10] и в работах венской школы, возглавляемой Г. Яуманом [11-13]. В этих работах были развиты понятия потока энтропии и производства энтропии. [c.96]

При дальнейшем развитии теории были найдены взаимосвязи химического потенциала с такими экспериментально измеряемыми переменными состояния, как р,Т VI Кк- Таким образом, основополагающие работы Де Донде установили четкую взаимосвязь между производством энтропии и необратимыми химическими реакциями. В закрытой системе, если первоначально система не находится в состоянии химического равновесия, химические реакции происходят необратимо, вынуждая систему эволюционировать к равновесному состоянию. Согласно второму началу термодинамики, это происходит так, чтобы выполнялось неравенство (4.1.10). [c.117]

Энтропия, являясь экстенсивныга--(зависит от массы вещества) параметром состояния, в любом термодинамическом процессе полностью определяется крайними состояниями тела и не зависит от пути процесса. В связи с этим энтропия газа, являясь парамет- ром состояния, в процессах 1-3-2, 1-4-2, 1-5-2, 1-6-2 (рис. 6-1) будет изменяться одинаково. Это свойство относится как к обратимым, так и необратимым процессам. Поэтому [c.82]

Энтропия. Необратимость тепловых явлений логически противоречит попыткам их объяснения на основе корпускулярной теории, поскольку законы механики полностью обратимы. Следовательно, или не является правильным это объяснение, или не верен сам второй зажон термодинамики. В первом случае возникшее противоречие можно связать с гипотетичностью существования атомов и усматривать в этом доказательство несправедливости атомной гипотезы. Во втором случае можно оспаривать справедливость второго начала, что безуспешно пытались делать некоторые ученые. Но был и третий путь — г уть глубокого анализа супщости различий между обратимыми и необратимыми процессами. [c.80]

Изменение энтропии при необратимых процессах. Пусть тело из начального состояния 1 в результате необратимого процесса переходит в состояние 2. Состояния / и 2 предполагаются равновесными (или во всяком случае характеризуются определенными значениями энтропии), а относительно необратимого процесса не делается никаких ограничивающих предположений. Выясним, как изменится энтропия тела в результате рассматриваемого необратимого процесса. Для этого предположим, что тело из конечного состояния 2 возвращено к исходному состоянию 1 путем обратимого перехода 2а1 (рис. 2.22). Цикл 12а1 является необратимым из-за необратимости [c.60]

В случае необратимых процессов конечное состояние адиабатически изо.ппровяипой системы, как мы убедились в 2, 9, отличается от начального состояния большей величиной энтропии. Следовательно, каждое и.з состояний адиабатически изолированной системы при необратимом процессе неравноценно любому другому состоянию ее последующее состояние является как бы более вероятным, чем предшествующее (т. е. обладает большей вероятностью). При обратимых процессах каждое из состояний, в том числе конечное и нача.лыюс, соответствуют одному и тому же значению энтропии и являются в указанном сл ысле равноценными или равновероятными. С этой точки зрения энтропию системы можно считать мерой термодинамической вероятности данного состояния системы, а само содержание второго начала термодинамики рассматривать как утверждение о существовании меры этой термодинамической вероятности. Развивая эти общие соображения на основе представлений о молекулярной структуре вещества, можно, как это будет ясно из дальнейшего, более глубоко вскрыть физический смысл энтропии. [c.88]

Вывод о существовании энтропии и абсолютной температуры как термодинамических функций состояния любых тел составляет основное содержание второго начала термодинамики (по терминологии проф. Н. И. Белоконя — второго начала термостатики). Математическое выражение в форме равенства 5Q = 5Q + 50 = Тс18 распространяется на любые процессы — обратимые и необратимые. В качестве постулата для вывода этого закона может быть использовано утверждение, что температура есть единственная функция состояния, определяющая направление самопроизвольного теплообмена между телами . [c.48]

Для процессов, происходящих в такой системе, TdS>0 или dS>0. Отсюда ясно, что эти процессы будут продолжаться до тех пор, пока энтропия системы не достигнет максимума. Состояние изолированной системы с максимальным значением энтропии и есть состояние устойчи--вого равновесия. Действительно, в этом состоянии в системе необратимые процессы протекать не могут, так как в противном случае энтропия системы должна была [c.16]

Передача теплоты при конечной разности температуры является необратимым процессом и согласно уравнению (1.79) связана с уве-личгнием энтропии и потерей части максимально возможной работы. Так, с позиции первого закона термодинамики (баланса энергии) к. п. д. современного котлоагрегата достигает 95 % и более. Если рассмотреть лишь необратимый процесс теплообмена в топке котла между продуктами сгорания (/ л 1927 °С) и рабочим телом (насыщенный пар с п 310°С), то в соответствии с уравнением (1.79) потеря работоспособности теплового устройства составит П = Т(,Д5 = (Q/Ta — Q/Ti) = 373 (28 000/583 — [c.142]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...