Bài giảng Sinh - Lý sinh - Bài 4: Entropy và nguyên lý tăng Entropy - Nguyễn Khắc Điền

Bài 4ENTROPY VÀ NGUYÊN LÝ TĂNG ENTROPYHỌC VIỆN Y – DƯỢC HỌC CỔ TRUYỀN VIỆT NAMBỘ MÔN SINH – LÝ SINHGiảng viên: ThS Nguyễn Khắc ĐiềnEmail: nguyenkhacdien@gmail.comĐiện thoại: 0904005714VI. Bài tập trắc nghiệm.NỘI DUNG BÀI GIẢNGI. Biểu thức định lượng của Nguyên lý thứ II.II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy.III. Entropy và nguyên lý thứ II của nhiệt động.V. Ý nghĩa của entropy.Từ các biểu thức về hiệu suất của động cơ nhiệt và động cơ Carnot ta có:I. Biểu thức định lượng của Nguyên lý thứ II.   Tổng đại số của đại lượng Q/T trong chu trình Carnot là bằng không. I. Biểu thức định lượng của Nguyên lý thứ II.Xét một chu trình thuận nghịch bất kỳ. PVPVCác cặp hai đường đẳng nhiệt được thực hiện hai lần theo hai chiều ngược nhau nên khử nhau.Một chu trình thuận nghịch bất kỳ có thể coi như được tạo thành từ một số rất lớn các chu trình Carnot nguyên tố.Từ các biểu thức về hiệu suất của động cơ nhiệt và động cơ Carnot ta có:   Tổng đại số của đại lượng Q/T trong chu trình Carnot là bằng không. I. Biểu thức định lượng của Nguyên lý thứ II.Xét một chu trình thuận nghịch bất kỳ. PVPV  Các cặp hai đường đẳng nhiệt được thực hiện hai lần theo hai chiều ngược nhau nên khử nhau.Một chu trình thuận nghịch bất kỳ có thể coi như được tạo thành từ một số rất lớn các chu trình Carnot nguyên tố.I. Biểu thức định lượng của Nguyên lý thứ II.Xét một chu trình thuận nghịch bất kỳ.   Tổng đại số của đại lượng Q/T bằng không trong các chu trình thuận nghịch bất kỳ. Nếu chu trình không thuận nghịch thì: Biểu thức định lượng tổng quát của nguyên lý II:     PVPVĐiều kiện chứng tỏ một đại lượng x nào đó là biến số trạng thái là:dQ/T là vi phân của một hàm trạng thái nào đó, hàm mới này gọi là entropy của một hệ và ký hiệu là chữ STrong hệ SI đơn vị của entropy là J/K1. Hàm entropy.II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy.   Xét một chu trình thuận nghịch được tạo thành từ hai quá trình thuận nghịch a1b và b2a1. Hàm entropy.II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy.  Điều kiện chứng tỏ một đại lượng x nào đó là biến số trạng thái là:dQ/T là vi phân của một hàm trạng thái nào đó, hàm mới này gọi là entropy của một hệ và ký hiệu là chữ STrong hệ SI đơn vị của entropy là J/K  Độ biến thiên entropy chỉ phụ thuộc vào entropy của trạng thái đầu a và trạng thái cuối b của hệ.1. Hàm entropy.II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy.   Xét một chu trình thuận nghịch được tạo thành từ hai quá trình thuận nghịch a1b và b2a Độ biến thiên entropy chỉ phụ thuộc vào entropy của trạng thái đầu a và trạng thái cuối b của hệ.Entropy của một trạng thái có thể xác định sai kém nhau một hằng số.1. Hàm entropy.II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy.   Quá trình thuận nghịch (quá trình không có ma sát).Entropy của hệ có thể tăng, giảm hoặc không đổi. Nhưng entropy của hệ cộng môi trường giữ nguyên không đổi.2. Nguyên lý tăng entropy.II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy. Quá trình không thuận nghịch.Khí dãn nở vào chân không nên A = 0. Bình cách nhiệt với môi trường nên Q = 0 Vậy: ∆S = 0.Kết luận này sai vì đối với quá trình không thuận nghịch, biến thiên entropy không thể bằng không.Ví dụ: Xét sự dãn nở của khí lý tưởng vào chân không trong bình cách nhiệt. 2. Nguyên lý tăng entropy.II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy.Quá trình thuận nghịch (quá trình không có ma sát).Entropy của hệ có thể tăng, giảm hoặc không đổi. Nhưng entropy của hệ cộng môi trường giữ nguyên không đổi. Theo nguyên ký thứ nhất A = 0; Q = 0Tính sự biến thiên của entropy trong quá trình thuận nghịch nào đó có trạng thái đầu và trạng thái cuối trùng với trạng thái đầu và trạng thái cuối của quá trình dãn khí vào chân không. ∆U = 0Ví dụ: Xét sự dãn nở của khí lý tưởng vào chân không trong bình cách nhiệt. Quá trình không thuận nghịch.2. Nguyên lý tăng entropy.II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy.Khí dãn nở vào chân không nên A = 0. Bình cách nhiệt với môi trường nên Q = 0 Vậy: ∆S = 0.Kết luận này sai vì đối với quá trình không thuận nghịch, biến thiên entropy không thể bằng không.Ví dụ: Xét sự dãn nở của khí lý tưởng vào chân không trong bình cách nhiệt. Theo nguyên ký thứ nhất A = 0; Q = 0∆U = 0 (quá trình này là quá trình đẳng nhiệt)∆U = 0Ví dụ: Xét sự dãn nở của khí lý tưởng vào chân không trong bình cách nhiệt. Quá trình không thuận nghịch.2. Nguyên lý tăng entropy.II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy. Tính sự biến thiên của entropy trong quá trình thuận nghịch nào đó có trạng thái đầu và trạng thái cuối trùng với trạng thái đầu và trạng thái cuối của quá trình dãn khí vào chân không. ∆U = 0 vậy Q = A, do đó:Công sinh ra trong quá trình đẳng nhiệt:Quá trình không thuận nghịch.2. Nguyên lý tăng entropy.II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy.   Theo nguyên ký thứ nhất A = 0; Q = 0∆U = 0 (quá trình này là quá trình đẳng nhiệt)∆U = 0Ví dụ: Xét sự dãn nở của khí lý tưởng vào chân không trong bình cách nhiệt. Vì Vb > Va, nên entropy tăng Phát biểu nguyên lý:Với quá trịnh nhiệt động thực tế xảy ra trong một hệ cô lập, entropy của hệ luôn luôn tăng.Quá trình không thuận nghịch.2. Nguyên lý tăng entropy.II. Hàm entropy và nguyên lý tăng entropy.   ∆U = 0 vậy Q = A, do đó:Công sinh ra trong quá trình đẳng nhiệt:III. Entropy và nguyên lý thứ II của nhiệt động.Theo phát biểu của Thomson về nguyên lý II:Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại hai.Giả sử tồn tại động cơ vĩnh cửu loại hai:Vì vậy tác nhân của động cơ chỉ nhận nhiệt từ một nguồn nhiệt. Nguồn nhiệt này chính là môi trường của hệ. Entropy của môi trường giảm sau một chu kỳ. Điều này trái với nguyên lý tăng entropy.III. Entropy và nguyên lý thứ II của nhiệt động.Theo phát biểu của Clausius về nguyên lý II:Nhiệt không thể tự truyền từ vật lạnh sang vật nóng hơn mà không kèm theo sự biến đổi nào cả.Giả sử tồn tại máy lạnh vĩnh cửu:Đối với máy làm lạnh vĩnh cửu môi trường là hai nguồn nhiệt T1 và T2. Sự biến thiên entropy của môi trường là: Theo phát biểu của Thomson về nguyên lý II:Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại hai.Giả sử tồn tại động cơ vĩnh cửu loại hai:Vì vậy tác nhân của động cơ chỉ nhận nhiệt từ một nguồn nhiệt. Nguồn nhiệt này chính là môi trường của hệ. Entropy của môi trường giảm sau một chu kỳ. Điều này trái với nguyên lý tăng entropy.III. Entropy và nguyên lý thứ II của nhiệt động.Theo phát biểu của Clausius về nguyên lý II:Nhiệt không thể tự truyền từ vật lạnh sang vật nóng hơn mà không kèm theo sự biến đổi nào cả.Vì T1 > T2 nên ∆S T2 nên ∆S < 0. Điều này cũng trái với nguyên lý tăng entropy. Entropy là đại lượng chỉ hướng của thời gian.Entropy là thước đo mức độ hỗn độn của nguyên tử.Khi entropy tăng thì mức độ hỗn độn của nguyên tử cũng tăng.Năng lượng của vũ trụ không thay đổi.Entropy của vũ trụ luôn tăng.IV. Ý nghĩa của entropy.