Энтропия и ее связь с тепловой энергией

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Естествознание»

по теме: «Энтропия и ее связь с тепловой энергией»

Содержание

Введение

1.Теплота и энтропия

2.Энтропия Вселенной, теория тепловой смерти

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Энтропия принадлежит к числу важнейших понятий физики. Энтропия как физическая величина была введена в термодинамику Р. Клаузиусом в 1865 г. и оказалась настолько важной и общезначимой, что быстро завоевала сначала другие области физики, а затем проникла и в смежные науки: химию, биологию, теорию информации и т.д.

Понятие энтропии с самого начала оказалось трудным для восприятия в отличие, например, от другой физической величины – температуры. Эта трудность сохранилась и для тех, кто впервые знакомится с термодинамикой. Она носит чисто психологический характер и связана с невозможностью непосредственного восприятия энтропии, отсутствием «градусника», который бы измерял энтропию, как измеряют температуру.

Вместе с тем более глубокое понимание температуры, завершившееся формулировкой «нулевого начала», показывает, что понятие температуры и энтропии одинаковы по сложности. Понятие температуры вводится «нулевым началом», понятие энтропии – вторым началом[1] . Термодинамика в силу феноменологического характера не может вскрыть физический смысл, как энтропии, так и температуры. Эту задачу решает статистическая физика. Статистическая интерпретация энтропии позволила математикам обобщить понятие энтропии и ввести метрическую энтропию как абстрактную величину, характеризующую поведение неустойчивых динамических систем с экспоненциальной расходимостью близких в начальный момент времени траекторий (энтропия Крылова–Колмогорова–Синая)[2] . Метрическая энтропия – абстрактное математическое понятие, слишком далеко находящееся от практических задач.

Актуальность данной темы определяется значительной ролью понятия энтропии не только для физики, но и для биологии, синергетики, современных концепций теории информации.

Целью настоящей работы является исследование физического смысла понятия энтропии и его применения для описания реальных явлений.

В связи с поставленной целью можно формулировать следующие задачи исследования:

· дать определение термина «энтропия» и рассмотреть его связь с тепловой энергией;

· рассмотреть применимость энтропии как функции состояния термодинамической системы для описания и прогноза эволюции реальных систем.

Реферат состоит из 5 разделов. В первом сформулированы цель и задачи исследования, во втором раскрывается физический смысл энтропии, в третьем дается обзор теории тепловой смерти вселенной, в четвертом сделаны основные выводы по содержанию работы, в пятом указаны первоисточники по теме работы.

1. Теплота и энтропия

Энтропия вводится вторым началом термодинамики. В формулировке А. Зоммерфельда оно звучит так: «Каждая термодинамическая система обладает функцией состояния, называемой энтропией. Энтропия вычисляется следующим образом. Система переводится из произвольно выбранного начального состояния в соответствующее конечное состояние через последовательность состояний равновесия, вычисляются все подводимые при этом порции тепла δQ, делятся каждая на соответствующую ей абсолютную температуру, и все полученные таким образом значения суммируются. При реальных (в современной терминологии – необратимых) процессах энтропия замкнутой системы возрастает»[3] .

Таким образом,

(1)

или

(2)

Подчеркнем, что выбор отдельных обратимых процессов в уравнении 1 или пути интегрирования в уравнении 2 могут не иметь ничего общего с тем, каким образом в действительности система переходит из состояния В в состояние А. Реальные процессы, как правило, необратимы. Однако в равенствах (1) и (2) δQ соответствуют обратимым переходам. Поскольку энтропия является функцией состояния, то есть величиной, которая не зависит от того, каким путем было достигнуто это состояние, то выбор пути обратимого процесса не имеет значения. В качестве примера рассмотрим изменение энтропии при расширении газа в пустоту. Пусть первоначально газ находился в объеме V₁ , объем V₂ - V1 пустой (рис. 1).

Рис.1

После удаления перегородки газ свободно расширяется, занимая весь объем V₂ . Этот процесс является необратимым. Газ самопроизвольно не может вернуться в первоначальное состояние, то есть снова оказаться в объеме V₁ (вероятность такой гигантской флуктуации чрезвычайно мала). В соответствии со вторым началом энтропия в таком процессе должна возрастать. Вместе с тем величина

(3)

не является энтропией. В формуле (2) стоит δQ, соответствующее мысленному обратимому процессу. В качестве такого мыслимого процесса удобно выбрать обратимый изотермический процесс расширения с участием поршня и подводом тепла δQ(рис. 2).

Рис.2

В этом случае в соответствии с первым началом термодинамики δQ = dU + pdV. Если ограничиться случаем идеального газа, для которого U зависит только от температуры и поэтому dU= 0, то δQ = pdV и

(4)

Расчет проведен для одного моля газа, поэтому pV = RT[4] .

Вернемся к анализу самого понятия энтропии. Второе начало термодинамики вводит энтропию формальным путем как некую новую функцию состояния, н

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать