Изменение энтропии в изопроцессах и в фазовых переходах
НАВИГАЦИЯ ПО СТРАНИЦЕ
легко понять и запомнить
Изменение энтропии в изопроцессах и в фазовых переходах
Энтропия системы является функцией ее состояния, определенная с точностью до произвольной постоянной.
Если система совершает равновесный переход из одного состояния в другое, то изменение энтропии:
Таким образом, по формуле (1) можно определить энтропию лишь с точностью до произвольной постоянной, т. е. начало энтропии произвольно. Физический смысл имеет лишь
Изохорический процесс: .
Изобарический процесс:.
Изотермический процесс:.
Адиабатический процесс:.
Отметим, что в последнем случае адиабатический процесс называют
Поведение энтропии в процессах изменения агрегатного состояния
Рассмотрим три агрегатных состояния: твердое, жидкое и газообразное и два перехода к ним (рис. 1).
Рис. 1. Схема возможных изменений агрегатного состояния вещества
Фазовый переход «твердое тело–жидкость »
Закон плавления и конденсации можно записать так: .
Проследим за поведением энтропии при этом фазовом переходе:
Из этой формулы следует, что при плавлении энтропия возрастает, а при кристаллизации – уменьшается.
Физический смысл этого результата достаточно ясен: фазовая область молекулы в твердом теле гораздо меньше, чем в жидкости, т. к. в твердом теле каждой молекуле доступна только малая область пространства между соседними узлами кристаллической решетки, а в жидкости молекулы занимают всю область пространства. Поэтому при равной температуре энтропия твердого тела меньше энтропии жидкости. Это означает, что твердое тело представляет собой более упорядоченную и менее хаотичную систему, чем жидкость.
Фазовый переход «жидкость–газ »
Закон испарения и конденсации можно записать в общем виде:
где знак плюс относится к испарению, а знак минус – к конденсации:
Из формулы (1) следует, что при испарении энтропия возрастает, а при конденсации – уменьшается.
Физический смысл этого результата состоит в различии фазовой области молекулы в жидкости и газе. Хотя в жидкости и газе каждой молекуле доступна вся область пространства, занятая системой, но сама эта область для жидкости существенно меньше, чем для газа. В жидкости силы притяжения между молекулами удерживают их на определенном расстоянии друг от друга. Поэтому каждая молекула хотя и имеет возможность свободно мигрировать по области пространства, занятой жидкостью, но не имеет возможности «оторваться от коллектива» остальных молекул – стоит ей оторваться от одной молекулы, как тут же притягивается другая. Поэтому объем жидкости зависит от ее количества и никак не связан с объемом сосуда.
Молекулы газа ведут себя иначе: у них гораздо больше свободы. Среднее расстояние между ними таково, что силы притяжения очень малы и молекулы «замечают друг друга» лишь при столкновениях. В результате газ всегда занимает весь объем сосуда.
Поэтому при равных температурах фазовая область молекул газа значительно больше фазовой области молекул жидкости и энтропия газа больше энтропии жидкости. Газ, по сравнению с жидкостью, гораздо менее упорядоченная, более хаотичная система.
