熵增原理与热力学第二定律
熵增原理认为无论如何演变,隔离系统的熵永不减少。迄今为止熵增原理仍为经验定律。
能否利用熵增原理解决封闭体系热力学过程的自发性问题?
隔离系统的构建
热力学最关注的是封闭体系热力学过程的自发性问题,现将封闭体系与其环境共同构成一新的隔离系统,则:dSISOdSCLOdSSUR(1)
式(1)中dSISO代表隔离系统熵变,dSCLO代表封闭系统熵变,dSSUR代表封闭系统环境的熵变。
依据熵增原理:
dSISO0,自发;
dSISO0,平衡;
dSISO0,非自发。
2。熵变的计算
2。1封闭系统熵变的计算
对于封闭系统元熵过程,由于QT1dSCLO
所以:dSCLOQT1(2)
上式中T1代表封闭系统温度。
2。2环境熵变的计算
通常情况下,热力学认为当封闭系统发生某过程时,其环境的温度、压强及体积均保持恒定,并且也没有任何化学反应或相变进行。此时环境获取能量,将全部用于改变其熵变。
依据热力学第一定律,即:dUQpdVW
dSSUR〔QW(ppe)dV〕T2(3)
式(3)中T2表示环境温度;环境所获取的体势变能量(pdV)一部分用于补偿体积功,剩余能量(ppe)dV将全部用于改变环境的熵变。
2。3隔离系统熵变
将式(2)、(3)分别代入式(1),整理可得:
dSISOQT1〔QW(ppe)dV〕T2〔Q(T2T1)T1WT1(ppe)dV〕(T1T2)(4)
3。自发性判据
式(4)结合熵增原理可得:
〔Q(T2T1)T1WT1(ppe)dV〕(T1T2)0自发
〔Q(T2T1)T1WT1(ppe)dV〕(T1T2)0平衡
〔Q(T2T1)T1WT1(ppe)dV〕(T1T2)0非自发
3。1自发性判定G判据
dT0,dp0,WdG0
3。2自发性A判据
dT0,dV0,WdA0
同理可得:
dS0,dp0,WdH0
dS0,dV0,WdU0
4。结论
(1)dSISO〔Q(T2T1)T1WT1(ppe)dV〕(T1T2)
(2)恒温恒压、恒温恒容、绝热恒压或绝热恒容时,有效功小于0,封闭系统过程自发。
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