1) Biểu thức định lượng của nguyên lý II
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.17 MB, 112 trang )
Nhiệt học
- 50 -
Trường hợp tổng quát hệ biến đổi theo một chu trình thuận
nghòch với nhiều nguồn nhiệt độ T1 , T2 , … với nhiệt lượng Q1 , Q2 , …
mà hệ nhận được từ bên ngoài.
Chia chu trình thành những chu trình Carnot nhỏ (H.2). ta thấy
chu trình thứ i và i+1 chung nhau đường đẳng nhiệt nhưng có chiều
ngược nhau nên tổng nhiệt lượng trao đổi bằng 0 và tổng nhiệt lượng
hệ các chu trình Carnot nhỏ trao đổi là nhiệt lượng trao đổi của chu
trình ta xét. Khi đó (7) thành :
Q
∑ Ti
i
=0
(9)
i
P
T1
T2
0
V
H.2
Nếu chu trình hệ biến thiên liên tục (số chu trình Carnot nhỏ
→ ∞ ) thì giới hạn của (9) là tích phân :
δQ
∫ T =0
(10)
δQ
∫ T ≤0
(10’)
Với chu trình bất kỳ thì :
2) Hàm Entropi
Trần Kim Cương
Khoa Vật lý
Nhiệt học
- 51 -
Xét hệ biến đổi từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 theo 2 quá trình
thuận nghòch 1a2 và 1b2 (H.3). Theo (10) :
δQ
δQ
δQ
=0= ∫
+ ∫
T
T 2 b1 T
1a 2 b1
1a 2
∫
δQ
δQ
= ∫
∫ T
T
1a 2
1b 2
⇒
p
1
a
H.3
b
2
0
Như thế
∫
V
δQ
theo các quá trình thuận nghòch không phụ
T
thuộc quá trình mà chỉ phụ thuộc trạng thái đầu và trạng thái cuối. Nó
đặc trưng cho tính chất nội tại của hệ gọi là Entropi S của hệ :
dS =
δQ
T Thuận nghòch
(11)
Hàm S có tính chất tương tự nội năng U :
+ S là hàm trạng thái, tức nó chỉ phụ thuộc trạng thái của hệ
mà không phụ thuộc quá trình biến đổi của hệ.
+ S là đại lượng cộng được tức S của hệ cân bằng bằng tổng các
Si của từng phần riêng biệt của hệ.
+ Từ (11) ta thấy S được xác đònh sai kém một hằng số :
S = S0 +
δQ
∫T
(12)
S0 là giá trò Entropi tại gốc tính toán, qui ước S0 = 0 ở T = 0K
khi đó S sẽ đơn trò. Trong hệ SI : [S] = J / K.
Trần Kim Cương
Khoa Vật lý
Nhiệt học
- 52 -
Xét một chu trình tự nhiên gồm một quá trình thuận nghòch
1a2 và một quá trình bất thuận nghòch 2b1. theo (10’) :
∫
δQ
δQ
δQ
+ ∫
<0
= ∫
T 1a2 T 2 b1 T
p
Do quá trình 1a2 là thuận nghòch nên :
δQ
δQ
=− ∫
<0
T
T
1a 2
2 a1
1
∫
Do đó :
δQ
δQ
< ∫
T 2 a1 T
2 b1
∫
0
b
a
2
(13)
V
H.4
Do 2a1 là quá trình thuận nghòch nên :
1 δQ
1
δQ
=∫
= ∫ dS = ∆S
2 Y
2
T
2 a1
∫
còn 2b1 là quá trình không thuận nghòch, do đó (13) thành :
δQ
∫ T < ∆S
Ktn
(14)
Đối với quá trình bất kỳ ta có thể viết :
∆S ≥ ∫
δQ
T
(15)
Hay dưới dạng vi phân :
dS ≥
δQ
T
(15’)
(15) cũng là biểu thức đònh lượng của nguyên lý II.
3) Nguyên lý tăng Entropi
(15) đúng cho mọi hệ. Đối với hệ không cô lập thì tùy theo dấu
và giá trò của nhiệt nhận vào trong một quá trình thuận nghòch mà ∆S
có thể dương, âm hoặc bằng 0, tức S của hệ có thể tăng, giảm hoặc
không đổi.
Trần Kim Cương
Khoa Vật lý
Nhiệt học
- 53 -
Đối với hệ không cô lập do không trao đổi nhiệt với bên ngoài
nên δQ =0, do đó :
∆S ≥ 0
(16)
Như thế đối với hệ cô lập, nếu quá trình thuận nghòch thì S của
hệ không đổi ( ∆S = 0), nếu quá trình biến đổi không thuận nghòch thì S
tăng ( ∆S > 0).
Do trong tự nhiên các quá trình xảy ra đều là không thuận
nghòch nên ta có nguyên lý tăng Entropi :
Các quá trình tự nhiên xảy ra trong một hệ cô lập theo chiều
tăng của Entropi. Nguyên lý này còn gọi là “nguyên lý tiến hoá”.
Khi hệ đặt trong trạng thái cân bằng thì quá trình không thuận
nghòch cũng kết thúc; khi đó S đạt cực đại ( ∆S = 0). Ta kết luận : một
hệ ở trạng thái cân bằng khi Entropi của nó đạt cưc đại.
* Thuyết chết nhiệt vũ trụ :
Clausius có công lao thuyết lập nguyên lý II nhiệt động học,
nhưng khi mở rộng phạm vi sử dụng cho vũ trụ, ông đã có kết luận sai
lầm là năng lượng của vũ trụ là không đổi, Entropi của vũ trụ sẽ tiến
tới cực đại. Clausius và Thomson khẳng đònh vũ trụ sẽ tiến tới trạng
thái cân bằng nhiệt, khi đó trong vũ trụ không còn quá trình biến đổi
năng lượng nào nữa và vũ trụ ở trong trạng thái bất động. Mọi sinh
vật sẽ bò tiêu diệt vì không còn những quá trình trao đổi năng lượng để
duy trì sự sống. Đó là nội dung của thuyết chết nhiệt vũ trụ.
Các nhà vật lý và triết học duy tâm đã lợi dụng thuyết này để
đề cao tôn giáo và chống chủ nghóa duy vật.
Ăngghen và các nhà khoa học khác đã vạch ra sai lầm của
thuyết này : thuyết này mâu thuẫn với thuyết bảo toàn và biến đổi
năng lượng – quy luật tuyệt đối của tự nhiên. Theo đònh luật này thì
vận động của vật chất là vónh cửu, theo thời gian nó có thể biến đổi từ
dạng này sang dạng khác.
Sai lầm khác của thuyết chết nhiệt vũ trụ là đã mở rộng vô
nguyên tắc phạm vi ứng dụng của nguyên lý II cho toàn trụ. Vũ trụ là
“vô hạn” nên không thể ở trạng thái cân bằng nhiệt động. Vũ trụ là
Trần Kim Cương
Khoa Vật lý
![[Bài Học Số 1] Cơ Bản Objective Cx](https://media.store123doc.com/images/document/13/br/fy/medium_26C66s1vuN.jpg)
![[Bài Học Số 2] Cơ Bản Objective Cx](https://media.store123doc.com/images/document/13/br/xb/medium_yrOjNvNWaj.jpg)
![[Bài Học Số 3] Cơ Bản Objective Cx](https://media.store123doc.com/images/document/13/br/kl/medium_klq1361586554.jpg)
