Ученики на Учителя.com


Энтропия

ЭНТРОПИЯ
«Хаос – это то,
из чего рождается порядок»
И. Пригожин
А теперь рассмотрим по подробнее, что значит энтропия. В переводе с
греческого entropia – поворот, превращение, то есть мера неупорядоченности,
или хаотичности, состояния системы; часть внутренней энергии замкнутой
системы, которая не может быть использована. В середине 18 века были
созданы первые тепловые машины, преобразующие тепло в полезную работу.
Само понятие энтропия появилось в 1865 г благодаря немецкому ученому
физику Р. Клаузисом.
Р. Клаузис ввел понятие энтропии для оценки состояния
термодинамических систем, определил ее следующим образом
∆Ѕ=
𝑄
𝑇
Q – теплота, T – температура, S – энтропия.
По началу энтропия использовалась только в такой науке как
термодинамика - наука, изучающая тепловую форму движения материи. К
примеру, если взять утюг и воткнуть вилку в розетку, то электрическая энергия
быстро нагреет утюг, и мы почувствуем тепло исходящее от утюга. Но
довольно сложно тепловую энергию перевести в электрическую и сделать этот
процесс обратным. Лишь 40% тепловой энергии от сгорания топлива может
перейти в так называемую электрическую энергию. Открытие нового термина
энтропии помогает перешагнуть рассуждения о качестве энергии, и прийти к
пониманию и точной количественной характеристики самой энергии.
Энергетические проблемы 21 века для всего растущего человечества в
том, чтобы найти возможность черпать энергию из самой природы, решение
этого вопроса могла бы быть возможность черпать энергию из океана. Для
того, чтобы удовлетворить потребности всего человечества в электроэнергии,
необходимо ежегодно охлаждать океан всего на 0,0002
С
0
. Данная задача
практически не осуществима, так как запасы энергии океана действительно
огромны. Свободная энергия океана, которую можно превратить в полезную
энергию для человека, очень низка из – за высокой энтропии. Энтропия
является функцией двух параметров состояний. Более подробнее это можно
увидеть на примере смешивания горячей и холодной воды. В процессе
перемешивания двух видов вод изменяется только энтропия. В замкнутой
системе отдав часть тепла, горячая вода уменьшила свою энтропию.
∆Ѕ=
−∆𝑄
𝑇ср+ ∆Т
.
Холодная же вода приняв тепло увеличила свою энтропию.
∆Ѕ=
∆𝑄
𝑇ср+ ∆Т
.
В результате стабилизации температуры энтропия системы возросла.
∆Ѕ=Ѕ
гор
+ Ѕ
хол
›0
Отсюда можно сделать один и главный вывод: масса воды и внутренняя
энергия не меняется, температура воды стремясь к стабилизации увеличивает
свою энтропию. Чем больше разность температур холодного и горячего тел,
тем более не равновесным является процесс переноса теплоты и тем больше
возрастает энтропия.
И так можно сделать еще один не мало важный вывод: энтропия -
физическая величина, изменение которой является признаком обмена
энергией в форме теплоты в равновесных процессах.
1-2 изотерма
∆Q
1 +
∆Ѕ
1
3-4 изотерма
-∆Q
2
; - ∆Ѕ
2
А 2-3, 1-4 это адиабата
∆Q1=0;
∆S=0
Идеальный цикл Карно в координатах p – V
Процесс, при котором рабочее тело не обменивается теплотой с
окружающей средой, называется адиабатным, а линия процесса адиабатой.
Уравнение первого закона термодинамики в адиабатном процессе имеет вид
ΔS ≥ ΔQ /T.
Делаем вывод: Энтропия адиабатически изолированной системы не
может убывать. Она либо возрастает, либо остается постоянной.
По законам термодинамики необратимые процессы идут с возрастанием
энтропии. Необратимый процесс нас окружает во всем: лед всегда тает и
превращается в воду, солнце дает свет и тепло всему живому, используя
которые деревья и трава растут, все живое рождается и умирает в том числе и
мы. Необратимость таких связей заметил и опубликовал в 1872 г Людвиг
Больцман австрийский физик – теоретик. Сформулировав формулу
вычисления энтропии, через вероятность и логарифмическую функцию
S = k*lnP
S – энтропия
k – постоянная Боцмана
P – вероятность состояния.
Чем больше вариантов решения той или иной проблемы, тем выше
вероятность решения самой проблемы.
К примеру, если в ящик положить красных и синих шаров, а потом
потрясти то естественно они перемешаются. Но есть очень маленькая
вероятность того, что после следующего повтора шары снова расположатся
именно так как было сначала.
В настоящее время смысл энтропии расширился, и энтропия понимается
как одно из фундаментальных свойств любых систем с вероятностным
поведением. В неклассическом понимании энтропия энтропия – некая
величина, показывающая насколько много в системе различных состояний.
Научный потенциал энтропии далеко не исчерпан уже существующими
приложениями. «Чтобы разобраться в вопросах энтропии, понадобится,
прежде всего, терпение: трудно сразу уловить все оттенки сложного понятия.
Тем более, что еще великий математик А.Пуанкаре заметил: понятие энтропии
«чудовищно абстрактно».
Список литературы.
1. Свиридов, В. В. Концепции современного естествознания : учебное
пособие для СПО / В. В. Свиридов, Е. И. Свиридова ; под ред. В. В.
Свиридова. — 3-е изд., испр. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2018.
— 358 с. — (Серия : Профессиональное образование). — ISBN 978-5-
534-03633-6.
2. Амирханов Д.Г. Техническая термодинамика [Электронный ресурс] :
учебное пособие / Д.Г. Амирханов, Р.Д. Амирханов. — Электрон.
текстовые данные. — Казань: Казанский национальный
исследовательский технологический университет, 2014. — 264 c. — 978-
5-7882-1664-5. — Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/63486.html
3. Чепкасов В. Л., Михайлова Т. Л. Новые смыслы понятия энтропии, или
к вопросу о неклассическом варианте понятия энтропии / В. Л. Чепкасов,
Т. Л. Михайлова // Международный журнал эксперементального
образования. – 2014. – 6-1.- с. 164-167
Скачать материал

Физика - еще материалы к урокам: