Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Загрузка...

1. Второе начало дает критерии того, какие процессы могут проходить самопроизвольно, а какие — нет.
а) Опыт показывает, что многие процессы идут с выделением теплоты (?H < 0).


б) Но среди самопроизвольных встречаются также процессы с почти нулевым тепловым эффектом (?H ? 0) и даже эндотермические процессы (?H > 0). Примером является растворение аммония нитрата в воде:

В этом самопроизвольном процессе происходит заметное поглощение теплоты, так что жидкость в сосуде сильно охлаждается.
в) Следовательно, тепловыделение не является решающим критерием того, может процесс протекать самопроизвольно или нет.
2. Второе начало термодинамики вводит в рассмотрение еще один критерий — энтропию, S, которая служит мерой энергетического беспорядка в системе. Чтобы понять, что это такое, рассмотрим два примера.
а) Распределение молекул вещества по объему.
Допустим, что все молекулы вещества сосредоточены в небольшой части V1 объема Vo (рис. 3.1, а). Это означает наличие в системе высокой упорядоченности, причем упорядоченности энергетической, поскольку молекулы являются носителями внутренней энергии.
Из опыта известно, что такой порядок неустойчив: частицы (если они ничем не зафиксированы) стремятся занять весь объем Vo, т. е. расположиться в нем самым произвольным образом (рис. 3.1,б).
В результате в системе повышается степень энергетического беспорядка.
б) Выравнивание температур между частями системы.
Пусть вначале одна часть тела (системы) горячей, чем другая часть. Это то¬же означает наличие упорядоченности: частицы с большей энергией находятся в одной части пространства, а частицы с меньшей энергией — в другой.
Хорошо известно, что в такой системе температура частей со временем самопроизвольно выравнивается, т.е. вновь достигается состояние с большим энергетическим беспорядком.
3. а) Напомним, что мера такого беспорядка называется энтропией. Следовательно, в обоих рассмотренных самопроизвольных процессах энтропия системы возрастает:

б) А могут ли происходить процессы, в которых энтропия не увеличивается, а понижается? — Да. Пример — реакции вида

Здесь между частицами устанавливается связь, и поэтому они не могут располагаться в пространстве так же произвольно, как прежде. Следовательно, степень энергетического беспорядка уменьшается. И таких самопроизвольных реакций известно очень много.
4. Так каков же критерий самопроизвольности — теплота или энтропия? Оказывается, в общем случае и то, и другое.
а) Чтобы отразить это, можно сформулировать второе начало термодинамики следующим образом.
Имеются два стимула для самопроизвольного изменения термодинамической системы:
I) снижение суммарной энергии системы (выделение теплоты) и
II) более равномерное распределение энергии по компонентам и пространству системы (увеличение энтропии).
Результирующий же критерий, определяющий возможность процесса, есть баланс действия этих стимулов.
б) В учебниках в качестве второго начала обычно приводится множество других формулировок, например:
«Теплота не может самопроизвольно передаваться от более холодного тела к более горячему»,
«Коэффициент полезного действия паровой машины всегда меньше единицы» и т.д.
Но они, в основном, важны для физических процессов. А для химических процессов, с моей точки зрения, суть дела лучше всего отражается утверждением о двух стимулах.
5. Заметим: из этого утверждения, в частности, следует, что процессы могут идти и под влиянием только одного стимула, если второй отсутствует или даже оказывает противодействующее, но более слабое, влияние. Поэтому возможны
- само¬произвольные процессы, в которых поглощается теплота (если рост энергетического «беспорядка» является более весомым), и
- процессы, в которых понижается энтропия системы (если это сопровождается более сильным вы¬делением теплоты).
6. а) Сделаем еще одно важное замечание. Выделение системой теплоты приводит к увеличению энтропии окружающей среды (из-за ускорения теплового движения частиц среды «беспорядок» их расположения возрастает), поэтому в балансе двух стимулов первый стимул (выделение теплоты) можно заменить на другой — возрастание энтропии внешней среды.
б) Тогда второе начало термодинамики можно сформулировать следующим образом.
Самопроизвольными являются такие процессы, которые приводят к увеличению общей энтропии окружающей среды и системы:

в) Тем не менее при анализе конкретной системы рассматривать изменения в окружающей среде не всегда возможно, потому-то удобней исходить из первоначальной формулировки второго начала.
7. Важно иметь в виду и то, что сделанное утверждение — это условие необходимости, но не достаточности: наличие термодинамических стимулов означает, что процесс может протекать, но не означает, что он действительно будет идти. Последнее зависит уже от кинетических характеристик.



Загрузка...

Загрузка...
Реферати і шпаргалки на українській мові.
Биология      Физика      Химия      Экономика     География
Микробиология      Теоретическая механика     География Белоруссии    География Украины    География Молдавии
Растительность мира      Электротехника    География Грузии    География Армении    География Азербайджана
География Казахстана    География Узбекистана    География Киргизии    География Туркменистана    Природоведение
География Таджикистана    География Эстонии