Журнал о Медицине
rss новости rss статьи rss все архив
Словарь научных терминов

Энтропия

ЭНТРОПИЯ, ф-ция состояния S термодинамич. системы, изменение к-рой dS для бесконечно малого обратимого изменения состояния системы равно отношению кол-ва теплотыhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/4/7/18847.jpeg полученного системой в этом процессе (или отнятого от системы), к абс. т-ре Т:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/4/8/18848.jpeg

Величина dS является полным дифференциалом, т. е. ее интегрирование по любому произвольно выбранному пути дает разность между значениями Э. в начальном (А) и конечном (В) состояниях:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/4/9/18849.jpeg

Теплота не является ф-цией состояния, поэтому интеграл отhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/5/0/18850.jpeg зависит от выбранного пути перехода между состояниями А и В.
Э. измеряется в Дж/(моль-град).
Понятие Э. как ф-ции состояния системы постулируется вторым началом термодинамики, к-рое выражает через Э. различие между необратимыми и обратимыми процессами: для первыхhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/5/1/18851.jpeg для вторыхhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/5/2/18852.jpeg
Э. как ф-ция внутренней энергии U системы, объема V и числа молей ni i-го компонента представляет собой характеристич. ф-цию (см. Термодинамические потенциалы). Это является следствием первого и второго начал термодинамики и записывается ур-нием:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/5/3/18853.jpeg

где р - давление;http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/5/4/18854.jpeg- хим. потенциал i-го компонента. Производные Э. по естеств. переменным U, V и ni равны:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/5/5/18855.jpeg

Простые ф-лы связывают Э. с теплоемкостями при пост. давлении Ср и пост, объеме Cv:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/5/6/18856.jpeg

С помощью Э. формулируются условия достижения термодинамич. равновесия системы при постоянстве ее внутр. энергии, объема и числа молей i-го компонента (изолир. система) и условие устойчивости такого равновесия:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/5/7/18857.jpeg

Это означает, что Э. изолир. системы достигает максимума в состоянии термодинамич. равновесия. Самопроизвольные процессы в системе могут протекать только в направлении возрастания Э.
Э. относится к группе термодинамич. ф-ций, называемых ф-циями Массье-Планка. Другие ф-ции, принадлежащие к этой группе - ф-ция Массье Ф1 = S - (1/T)U и ф-ция Планка Ф2 = S - (1/T)U — (p/T)V, м. б. получены в результате применения к Э. преобразования Лежандра.
Согласно третьему началу термодинамики (см. Тепловая теорема), изменение Э. в обратимой хим. р-ции между в-вами в конденсир. состоянии, стремится к нулю при Thttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/5/8/18858.jpeg0:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/5/9/18859.jpeg

Постулат Планка (альтернативная формулировка тепловой теоремы) устанавливает, что Э. любого хим. соед. в конденсир. состоянии при абс. нуле т-ры является условно нулевой и м. б. принята за начало отсчета при определении абс. значения Э. в-ва при любой т-ре. Ур-ния (1) и (2) определяют Э. с точностью до постоянного слагаемого.
В хим. термодинамике широко используют след. понятия: стандартная Э. 5ю, т. е. Э. при давлении р=1,01 x 105 Па (1 атм); стандартная Э. хим. р-цииhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/6/0/18860.jpeg т. е. разница стандартных Э. продуктов и реагентов; парциальная молярная Э. компонента многокомпонентной системы

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/6/1/18861.jpeg

Для расчета хим. равновесий применяют ф-лу:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/6/2/18862.jpeg
где К - константа равновесия;http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/6/3/18863.jpeghttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/6/4/18864.jpeg иhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/6/5/18865.jpeg- соотв. стандартные энергия Гиббса, энтальпия и энтропия р-ции; R -газовая постоянная.
Определение понятия Э. для неравновесной системы опирается на представление о локальном термодинамич. равновесии. Локальное равновесие подразумевает выполнение ур-ния (3) для малых объемов неравновесной в целом системы (см. Термодинамика необратимых процессов). При необратимых процессах в системе может осуществляться производство (возникновение) Э. Полный дифференциал Э. определяется в этом случае неравенством Карно-Клаузиуса:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/6/6/18866.jpeg

где dSi > 0 - дифференциал Э., не связанный с потоком теплаhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/6/7/18867.jpeg а обусловленный производством Э. за счет необратимых процессов в системе (диффузии, теплопроводности, хим. р-ций и т. п.). Локальное производство Э.http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/6/8/18868.jpeg (t - время) представляется в виде суммы произведений обобщенных термодинамич. сил Xi на обобщенные термодинамич. потоки Ji:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/6/9/18869.jpeg

Производство Э. за счет, напр., диффузии компонента i обусловлено силойhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/7/0/18870.jpeg и потоком в-ва J; производство Э. за счет хим. р-ции- силой Х=А/Т, где А-химическое сродство, и потоком J, равным скорости р-ции. В статистич. термодинамике Э. изолир. системы определяется соотношением:http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/7/1/18871.jpeg где k - постоянная Больцмана;http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/7/2/18872.jpeg- термодинамич. вес состояния, равный числу возможных квантовых состояний системы с заданными значениями энергии, объема, числа частиц. Равновесное состояние системы отвечает равенству заселенностей единичных (невырожденных) квантовых состояний. Возрастание Э. при необратимых процессах связано с установлением более вероятного распределения заданной энергии системы по отд. подсистемам. Обобщенное статистич. определение Э., относящееся и к неизолир. системам, связывает Э. с вероятностями разл. микросостояний след. образом:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/7/3/18873.jpeg

где wi - вероятность i-го состояния.
Абсолютную Э. хим. соед. определяют экспериментально, гл. обр. калориметрич. методом, исходя из соотношения:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/7/4/18874.jpeg

Использование второго начала позволяет определять Э. хим. р-ций по эксперим. данным (метод электродвижущих сил, метод давления пара и др.). Возможен расчет Э. хим. соед. методами статистич. термодинамики, исходя из мол. постоянных, мол. массы, геометрии молекулы, частоты нормальных колебаний. Такой подход успешно осуществляется для идеальных газов. Для конденсир. фаз статистич. расчет дает значительно меньшую точность и проводится в ограниченном числе случаев; в последние годы в этой области достигнуты значит. успехи.
Э. хим. соед. табулированы в справочниках. Как правило, для конденсир. фаз приводят результаты калориметрич. измерений, для газообразных - статистич. расчета.
Первая мат. формулировка второго начала термодинамики принадлежит Р. Клаузиусу (1854), к-рый ввел понятие Э. в 1865; связь Э. с вероятностью состояния системы впервые была установлена Л. Больцманом в 1872.

Лит. см. при ст. Химическая термодинамика.

М. В. Коробов.


1. www.pravda.ru: Человеческое поведение - сплошная энтропия?
07.05.2013
... в последнее время ученые находят все больше доказательств того, что в основе нашего поведения в основном лежат эмоции. Или даже хаос. Группа американских исследователей обнаружила, что эмулятор энтропии успешно имитирует поведение человека, балансирующего на неустойчивой платформе, животного, достающего придавленный чем-то предмет и даже биржевого ...
2. www.pravda.ru: Энтропия - вариации на тему современной жизни
28.02.2013
... авторский фильм Марии Саакян "Энтропия", который является сатирической картиной современного российского общества, воспринимают по-разному: можно соглашаться с автором или спорить с ним, хвалить за новаторский подход или порицать за ...
3. www.pravda.ru: Все меняется - и даже галактики
30.10.2012
... justify;">Недавние исследования астрономов опровергли расхожее представление о галактиках как о неизменных и крайне стабильных структурах. Оказывается, они постоянно меняются, борясь с энтропией, и тем самым сами наводят порядок внутри себя. Это продолжается как минимум последние 8 миллиардов лет. Раньше ученые просто "отбраковывали" изменчивые галактики. ...
4. www.pravda.ru: Джон Клиз, Лондон и олимпийский ужас
09.08.2012
... быть или быть менее — таков выход. Да здравствует олимпийская энтропия! Общество Бургер-кинга заместило собой человека, который хотел быть королем. ...




Здоровье и профилактика Акушерство и гинекология Стоматология Красота Зрение Энциклопеди Адреса Реклама
Видео