Формула изменения энтропии

Термодинамика изучает изменения энергии, происходящие в результате колебаний температуры и тепла. Он также охватывает труд, необходимый для преобразования энергии из одной формы в другую. Наука термодинамика подчиняется трем законам, второй из которых мы рассмотрим сегодня. Второй закон термодинамики обсуждает понятие энтропии и утверждает, что энтропия Вселенной постоянно растет. Согласно этому закону, энтропия Вселенной никогда не может быть отрицательной. Итак, давайте лучше поймем энтропию и изменение энтропии.

Энтропия

Энтропия — это мера беспорядка или непредсказуемости. Случайность может относиться ко всему миру, к отдельной химической реакции или даже к переносу тепла и обмену. Термин беспорядок относится к неравномерности или отсутствию единообразия в термодинамической системе.
Поскольку значение энтропии или изменения энтропии зависит от вещества, присутствующего в термодинамической системе, для его обозначения используется буква «S». Энтропия — интригующая концепция, потому что она ставит под сомнение идею полного переноса тепла. Это помогает в новой интерпретации второго закона термодинамики.
Энтропия пропорциональна степени беспорядка в термодинамическом процессе; чем выше степень беспорядка, тем выше энтропия.

Иными словами, энтропия показывает нам, сколько энергии не превращается в труд, а вместо этого способствует беспорядку системы. Практически невозможно посвятить всю свою энергию работе, потому что именно энергия позволяет выполнять труд. Это измеряется энтропией, метрикой.
Энтропия не может быть описана в одной точке и должна измеряться как изменение, потому что правило термодинамики гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, но может переходить из одной формы в другую. Именно по этой причине рассчитывается изменение энтропии.

Изменение энтропии

Изменение энтропии можно описать как сдвиг в состоянии беспорядка термодинамической системы, вызванный преобразованием тепла или энтальпии в работу. Энтропия выше в системе с высокой степенью беспорядка.
Энтропия является фактором функции состояния, что означает, что ее значение не зависит от пути термодинамического процесса и является исключительно определяющим фактором начального и конечного состояний системы. Изменения энтропии в химических реакциях вызываются перестановкой атомов и молекул, которая изменяет первоначальный порядок системы. Это может привести к увеличению или уменьшению случайности системы и, следовательно, к увеличению или уменьшению энтропии.

Формула изменения энтропии Термодинамика

Изменение энтропии термодинамической системы обозначается буквой S. Используя формулу изменения энтропии, мы можем вычислить изменение энтропии химической реакции или системы:

 ΔS = (Q/T)rev

Where,

The heat transfer to or from the thermodynamic system is denoted by Q.

The absolute temperature is denoted by the letter T.

The S.I unit of entropy J/Kmol.

Подробнее об изменении энтропии

С помощью паровой машины ученый Клаузиус разработал понятие энтропии и изобрел термин «энтропия», так как он звучал близко к слову «энергия».

Следующее изменение в уравнении энтропии можно использовать для обозначения формулы изменения энтропии во Вселенной:

S_universe = S_system + S_environment

Эта модификация формулы энтропии указывает на самопроизвольность процесса или химической реакции.

Энтропия самопроизвольного процесса увеличивается, в результате чего S _total становится больше нуля.

Теперь посмотрим, как меняется изменение энтропии при различных процедурах и условиях:

Изменение энтропии с температурой

Используя формулу изменения энтропии, видно, что когда теплопередача происходит при более низкой температуре, изменение энтропии больше, а когда теплопередача происходит при более высокой температуре, изменение энтропии больше.

Изменение энтропии в обратимом процессе

Определение изменения энтропии относится к обратимому процессу в концептуальных терминах. В результате изменение энтропии обратимого процесса такое же, как указано выше.

Изменения энтропии в необратимом процессе.

С практической точки зрения необратимых процессов не существует. Как указывалось ранее, энтропия определяется исключительно начальным и конечным состояниями системы, независимо от маршрута термодинамического процесса. В результате изменение энтропии не зависит от пути как для необратимых, так и для обратимых процессов. Поскольку это необратимый неквазистатический процесс, этот подход также используется для расчета изменения энтропии идеального газа.

Характеристики энтропии

Ниже приведены некоторые из наиболее важных характеристик энтропии термодинамической системы:

• Склонность Вселенной к беспорядку или непредсказуемости известна как энтропия.
• Энтропия является функцией энтальпии или количества тепла, которое может быть преобразовано в работу.
• Масса термодинамической системы влияет на энтропию. Это широкое качество, поскольку оно не зависит от пути теплообмена или преобразования тепла.
• Энтропия Вселенной продолжает расти.
• Адиабатический процесс имеет постоянную энтропию, потому что изменение энтропии равно нулю.

Примеры проблем

Вопрос 1: Что такое изменение энтропии и как оно влияет на вас? Определять.

Решение:

Entropy In a thermodynamic system, change is the phenomenon that measures the change in disorder or unpredictability. It has to do with the heat or enthalpy conversion that occurs during work. When a thermodynamic system has a lot of randomness, it has a lot of entropy. Entropy is a state function, which implies it is independent of the path taken by the thermodynamic process. The shift in entropy happens as atoms and molecules reorganise themselves from their starting state. This might result in a decrease or rise in the system’s disorder or unpredictability, resulting in a decrease or increase in entropy, respectively.

Вопрос 2: Какие характеристики связаны с энтропией?

Решение:

The following are some of the entropy-related characteristics:

The tendency of the universe to gravitate towards randomness is referred to as entropy.

It’s also known as a heat or enthalpy function that can be converted to work.

The entropy of a thermodynamic system is determined by its mass, and so is independent of the heat exchange channel or heat conversion. This is a large piece of real estate.

The entropy of the universe continues to rise.

An adiabatic process has a constant entropy since the Entropy Change is 0.

Вопрос 3: Что такое термоядерная энтропия?

Решение:

The entropy increase that occurs when a solid melts into a liquid is known as the entropy of fusion. The entropy grows as the phase changes due to the freedom of movement. It is equal to the fusion enthalpy divided by the fusion temperature. Fusion is connected with Gibbs free energy, which has a negative value unless it occurs, in which case it is always positive. Helium, on the other hand, has negative fusion entropy at temperatures below 0.3 K.

Вопрос 4: Каковы свойства энтропии?

Решение:

The following are some of the properties of entropy:

1. It is a broad attribute, implying that it is solely dependent on the mass of a system.
2. The universe’s entropy is always expanding.
3. The entropy of a system can never be zero.
4. An adiabatic thermodynamic system’s entropy remains constant.
5. The change in entropy is inversely proportional to the temperature, meaning that as the temperature rises, the change in entropy decreases, whereas as the temperature falls, the change in entropy increases.

Вопрос 5: При 70°С самопроизвольно происходит химическая реакция. Каково наименьшее значение S для реакции, если изменение энтальпии реакции равно 15 кДж?

Решение:

Because the reaction occurs at a constant temperature. As a result, qrev = H = 15 KJ = 15000 J

T = 70^οC = (70 + 273)K = 343^ο C

The following formula calculates the change in entropy:

ΔS = (Δq/T)rev = (ΔH/T)rev

ΔS = 15000/343

ΔS = 4.37JK^-1mol^-1.

Вопрос 6: Как изменится энтропия при превращении одного грамма льда в воду при температуре 237 К и одном атмосферном давлении? (ΔH _{плавления} =6,435 кДж/моль)

Решение:

ΔH_fusion =6.435 ×1000J/mol 

ΔH_fusion=6435/18 j/g

ΔH_fusion = 357.5 j/g

ΔS_f  = (ΔH_fusion) /T

ΔS_f = 357.5/273

ΔS_f = 1.309JK^-1mol^-1.

Вопрос 7: При 0°С, ΔH ⁰ расплава = 5 _КДж /моль, изменение энтропии при замерзании одного моля льда будет?

Решение:

ΔH_fusion = 5 KJ/mol = 5000 J/mol

T_f = 273K

ΔS_f = ΔH_fusion/T_f 

ΔS_f = 5000/273

ΔS_f = 18.31JK^-1mol^-1

Вопрос 8: Рассчитайте изменение энтропии в окружающей среде при образовании одного моля H ₂ O(ж) в стандартных условиях при 284К. Дано Δ _r H ⁰ = -274 кДж моль ^-1 .

Решение:

H₂ + 1/2 O₂    ⇢ H₂O 

At 284K, when 1 mole of H₂O is formed,274 KJ of heat released. The same amount of heat is absorbed by the surrounding.

q_surr = +274 KJ/mol 

T =284K

ΔS_surr = q_surr/T

ΔS_surr = 274/284

ΔS_surr = 0.96 Jmol^-1 K^-1.