熵

熵的测量系统的热能源每单位温度做有用的,不可用工作。因为工作是获得有序分子运动,的数量熵也是一个衡量分子紊乱,或一个系统的随机性,。熵的概念提供了深刻的见解自发变化的方向对许多日常现象。它由德国物理学家介绍鲁道夫·克劳修斯1850年是19世纪的一大亮点物理。

熵的概念提供了一个数学编码方式的直觉概念过程是不可能的,即使他们不会违反基本定律能量守恒。例如,一块冰放在热火炉肯定融化,而炉生长冷却器。这样一个过程不可逆转的因为没有细微的变化将导致水转回冰而融化炉子生长温度。相比之下,一块冰放在冰水里将冻结解冻更多或更,取决于少量的热量从系统增加或减少。这样一个过程是可逆的,因为只有一个无限小的热量需要改变它的方向进步进步解冻冷冻。同样,压缩气体关在一个圆柱体可以扩大自由进入大气如果一个阀门被打开(一个不可逆过程),或者它可以做有用的工作通过一个可移动的活塞对力需要限制气体。后者过程是可逆的,因为只有轻微增加约束力可以逆转的方向扩张过程的压缩。对于可逆过程系统平衡与它的环境对不可逆过程,而事实并非如此。

从大英百科全书yabo亚博网站首页手机

热力学:熵

提供一个定量测量自发变化的方向,介绍了克劳修斯熵的概念作为一个精确的表达方式热力学第二定律。克劳修斯的第二定律指出,自发变化不可逆过程的一个孤立系统(即,一个不交换热或工作环境)总收益熵增加的方向。例如,冰块和炉子构成两个部分的一个孤立系统总熵增加的冰融化。

克劳修斯的定义,如果一个热量问流入一个大型热源温度T以上绝对零度,然后Δ熵增加年代=问/T。这个方程有效地给出了温度的不同定义,同意通常的定义。假设有两个热储层R₁和R₂在温度T₁和T₂(比如炉子和块冰)。如果一个热量问来自R₁来R₂两个水库,那么净熵变积极的提供是哪一个T₁>T₂。因此,观察热量不会自发地从冷到热相当于流动要求网络熵变积极自发的热流。如果T₁=T₂,那么水库平衡,没有热量流动,Δ年代= 0。

Δ条件年代≥0决定了最大可能效率热引擎的系统,如汽油或蒸汽机以循环方式,可以做的工作。假设一个热机吸收热量问₁从R₁和尾气热量问₂来R₂为每一个完整的周期。通过能量守恒,每循环工作W=问₁- - - - - -问₂,净熵变化为了使W尽可能的大,问₂应该尽可能小,相对于问₁。然而,问₂不能是零,因为这将使Δ年代-所以违反热力学第二定律。最小的可能值问₂Δ对应的条件年代收益率= 0,作为基本方程限制所有热引擎的效率。Δ的一个过程年代= 0是可逆的,因为一个无限小的改变足以使热机倒放冰箱。

同样的推理也可以确定熵变工作物质的热引擎,如气体可移动活塞缸。如果气体吸收增量热量d问从热源温度T和扩大可逆的最大可能的限制压力P,那么它的最大工作dW=PdV,在那里dV是体积的变化。的内部能量的气体也可能变化的量dU因为它扩展。然后能量守恒,d问=dU+PdV。因为网络系统的熵变+水库最大时是零工作完成和水库的熵减少的数量吗d年代_储层=−d问/T,这一定是平衡的熵增加工作气体,这样d年代_系统+d年代_储层= 0。任何真正的过程,不到最大的工作完成(因为摩擦),所以的实际数量热d问′从热源吸收将小于最大数量d问。例如,气体可以被允许自由扩展到吗真空和不工作。因此,它可以表示与d问′=d问最大的对应工作可逆过程。

大英百科全书yabo亚博网站首页手机的溢价订阅和获得独家内容。

现在就订阅

这个方程定义了年代_系统作为一个热力学状态变量,也就是说,它的价值完全取决于系统的当前状态,而不是由系统如何达到这个状态。熵是一个广泛的财产,它的大小取决于系统中物质的量。

在一个统计的解释熵,发现一个非常大的系统热力学平衡,熵年代自然成正比吗对数代表的最大数量的数量Ω微观相对应的宏观状态的方法年代可以实现;也就是说,年代=klnΩ,k是波尔兹曼常数这是相关的分子能量。

所有的自发过程都是不可逆的;因此,它被说的熵宇宙增加:越来越多的能量转换成工作变得不可用。正因为如此,宇宙是“跑”。