Tudásszövegek; I. entrópia
szabadúszó szerkesztő és szerző
Tudásszövegek
Fizikai ismeretek
I. entrópia
A zárt rendszer entrópiája önmagában nem csökken.
- fizika.
Wissenstexte.de - optika
- mechanika
- Elektromos-
mágnesesség - Az anyag szerkezete
- föld
- termodinamika
- I. entrópia
- Entrópia II
- Gőznyomás
- Hypothermia
- P, T, V
- Carnot
- Hővezetés
- Gőzgép
& Co.
- Ez mind …
A termodinamika 1. és 2. törvénye - az energiaátalakítás határai
Ahhoz, hogy ugyanazt az energiát újra és újra felhasználhassam - jó lenne. Bizonyos értelemben újra összegyűjtheti a fűtési energiát, és újra felhasználhatja a helyiség fűtésére. De tudjuk, hogy ez nem lehetséges, és minden évben új gázszámla van.
A termodinamika első törvénye - a Az energiatörvény megőrzése - csak az "általános egyensúlyt" határozza meg, vagyis azt a tényt, hogy egy zárt rendszer teljes energiája nem nőhet vagy csökkenhet. Megtiltja, hogy az energia semmiben ne keletkezzen (vagy ne tűnjön el), és hogy az energia felhasználása nélkül is végezhető munka. Határozottan ellene a termodinamika második törvénye, hogy az energia mely formái milyen mértékben képesek egymásba átalakulni, és melyek a folyamatok spontán módon zajlanak le. A hőenergiát nem lehet teljesen átalakítani más energiákká, maradék hőmennyiség mindig felhasználás nélkül szabadul fel a környezetbe. A gőzgépbe táplált hőt nem lehet teljesen átalakítani a dugattyú mozgásának mechanikai energiájává, némelyik felhasználatlanul „kijön” a környezetbe.
Visszafordítható és visszafordíthatatlan folyamatok
A természetben minden folyamat visszafordíthatatlan. Ennek ellenére a gondolkodási kísérletekben alkalmanként reverzibilis folyamatokat alkalmaznak. Az egyik ilyen gondolatkísérlet a Carnot-ciklus, amelynek során egy gép négy megfordítható lépésben veszi fel a hőt egy magas hőmérsékletű hőtárolóból, és munkát nyer. Az elnyelt hőt azonban nem lehet teljes egészében munkává alakítani. A hő egy részét fel nem használják, és alacsonyabb hőmérsékleten egy második hőtárolóba továbbítják.
Tehát már a reverzibilis folyamatokra is érvényes, hogy a hőt nem lehet teljesen munkává alakítani - még akkor is, ha nincsenek súrlódási veszteségek!
Azoknál a gépeknél, amelyek visszafordíthatatlanul működnek, a hőből származó munka még kisebb; a súrlódás vagy a sugárzási veszteségek miatt még több hő veszít el felhasználatlanul, mint a reverzibilisan működő gépeknél.
A termodinamika második törvényének pontos megfogalmazása: Nem lehet időszakosan működő gépet építeni, amelynek egyetlen hatása a mechanikai munka elvégzése és a hőtároló hűtése. (Az időszakosan működő gép például olyan ciklus lenne, mint Carnot.)
A második törvény második megfogalmazását már ismerjük a mindennapi életből: A hűvösebb testből a hő önmagában nem jut át melegebbre. Egy csésze tea mindig önmagában lehűl, soha nem fogja elnyelni a levegőből a hőt és nem lesz forróbb. Ha a hő önmagában átkerülne egy hidegebb testből egy melegebb testbe, használhatná például az óceánok hőenergiáját, és gyakorlatilag kimeríthetetlen energiaforrással rendelkezne.
Entrópia és a termodinamika második törvénye
Ha hőt (Q) ad hozzá egy rendszerhez, ez növeli az entrópiáját (S) is. A következő vonatkozik a reverzibilis folyamatokra:
dS = dQreversible/T,
vagyis a dS entrópia változása arányos a hozzáadott vagy eltávolított dQ hővel és fordítottan arányos azzal a T hőmérséklettel, amelynél ez bekövetkezik. Minél több hőt szolgáltat, annál jobban megnő a test entrópiája. Ha ugyanolyan mennyiségű hőt alkalmaz a hideg testre, mint egy meleg testet, akkor a hideg testben az entrópia jobban megnő.
Ha a súrlódási hő visszafordíthatatlan folyamatban következik be, ez az entrópia további növekedését okozza. Ez azt jelenti, hogy az entrópia teljes növekedése nagyobb (vagy hőelvezetés esetén az entrópia teljes csökkenése kisebb), mint a reverzibilis esetben, és az egyenlet:
dS> dQreversible/T.
Vegyük most fontolóra a termikusan zárt rendszer, nincs hőcsere a környezettel és a dQ nulla. Ez azt jelenti, hogy dS = 0 a reverzibilis folyamatoknál, és dS> 0 az irreverzibilis, azaz valós folyamatoknál.
Ez a termodinamika 2. törvényének harmadik - és talán legismertebb - megfogalmazása:
A zárt rendszer entrópiája önmagában nem csökken.
Ez azt jelenti, hogy az entrópia egyáltalán nem csökkenhet zárt rendszerekben - mivel az entrópia csökkenését egy rendszerben csak külső hatással lehet érvényesíteni, és ez pontosan kizárt a zárt rendszerekben.
Reverzibilis folyamatokban, amelyekben nem keletkezik súrlódási hő, az entrópia zárt rendszerekben állandó marad. Mivel a valóságban nincsenek visszafordítható folyamatok, ez az eset meglehetősen elméleti. Minden valós folyamat mellett az entrópia zárt rendszerekben csak önmagában növekedhet.
Zárt rendszerekben csak spontán folyamatok, azaz önmagukban futó folyamatok játszódhatnak le - a külső hatások kizárva. A második törvény szerint csak azok a folyamatok játszódhatnak le spontán módon, amelyekben az entrópia növekszik; és ezt addig teszi, amíg az egyensúly el nem ér, és a folyamat leáll. Ekkor az entrópia maximális értékkel rendelkezik. Akkor már semmi sem történik - és ha nincsenek folyamatok, akkor az entrópia sem változik.
A 2. törvény meghatározza a folyamatok spontán futásának irányát - mégpedig a növekvő entrópia irányába. Ezeknek a folyamatoknak a megfordulása nem önmagában történik. Ezért tudja megmondani, hogy a film előre vagy hátra fut-e - így az entrópia létrehozza az idő tengelyét.
Entrópia és rendellenesség
Az entrópia és a rendellenesség köznyelvi egyenértékűségének kissé laza módja némileg problematikus. Élénken elképzelhető, hogy egy gáz, amelyben a részecskék vadul repülnek egymás körül, rendetlenebb, mint egy kristály, amelyben a részecskék szilárdan ülnek rácspozíciójukon. De az entrópia valójában nem erről szól.
1a ábra ¦ Ifjúsági tűzoltóság alacsony entrópiával Felirat Sokkal kevesebb lehetőség áll rendelkezésre a rostocki járás ifjúsági tűzoltóságának tagjainak felsorolására a "JF LRO" formációban ... A felirat vége 1b ábra ¦ Ifjúsági tűzoltók magas entrópiával Felirat ... mint elrontani mindet. Ezért ennek az állapotnak sokkal nagyobb az entrópiája, mint a fenti képen (magyarázat a következő szövegben).
A fotók a rostocki körzet ifjúsági tűzoltóságai által szervezett „Határok nélküli játékok” verseny során készültek. (Forrás: Kreisfeuerwehrverband Landkreis Rostock) Felirat vége
Makroszkóposan a hideg kristályban az egy részecske elrendezés ellentétben áll a folyadékban sok-sok. Tehát, ha egy csomó részecske véletlenül állapotban van, akkor sokkal valószínűbb, hogy folyékony, mint egy kristály. Ha véletlenszerűen és vakon kiválogat egy zsákot 1 000 000 piros és egy zöld zoknival, az szinte biztosan piros lesz.