Ang espesipikong pahayag sa ikaduhang balaod sa thermodynamics dili makahulagway sa tanang dili mabalik nga mga proseso, busa kinahanglan nato ang usa ka kinatibuk-ang pahayag. Kini nga kinatibuk-ang pahayag gilauman nga mopasabut sa tanang dili mabalik nga mga proseso nga nahitabo sa uniberso. Ang kinatibuk-ang pahayag sa ikaduhang balaod sa thermodynamics gipormula sa tunga-tunga sa ika-napulo ug siyam nga siglo, pinaagi sa usa ka kantidad nga gitawag og entropy (S). Ang entropy unang gipaila ni Clausius ug gipormula gikan sa Carnot cycle (hingpit nga caloric engine). Sumala ni Clausius, ang mga pagbag-o sa entropy nasinati sa usa ka sistema, kung ang sistema makadawat og dugang nga kainit (Q) sa usa ka kanunay nga temperatura, nga girepresentahan sa equation:
ΔS = Mga pagbag-o sa entropy, Q = Kainit, T = Temperatura sa T
Ang entropy usa ka kantidad nga nagpahayag sa mikroskopikong kahimtang sa sistema aron dili kini direktang mahibal-an. Nga makalkulo lamang ang mga pagbag-o sa entropy. Sama sa pagbag-o sa internal nga enerhiya sa unang balaod sa thermodynamics.
Pananglitan 1:
Ang gas sa sudlanan molapad nga adiabatic. Ang pagbag-o sa entropy sa gas kay…
Solutions
Atol sa prosesong adiabatic, walay kainit nga mosulod o mogawas sa sistema (gas). Tungod kay ang Q = 0 nan ang ΔS = 0. Ang entropy sa sistema makanunayon. Kumusta man ang adiabatic compression? Atol sa adiabatic compression, walay kainit nga mosulod o mogawas sa sistema (Q = 0). Busa, ang entropy sa sistema makanunayon.
Pananglitan 2:
Ang makina sa Carnot mosuhop sa kainit nga 2000 J sa 500 K, mopagawas sa kainit sa 350 K. Kwentaha ang kainit nga gipagawas, ug ang pagbag-o sa kinatibuk-ang entropy alang sa usa ka siklo.
Solutions
T H = 500 K
QH = 2000 J
T L = 350 K
QL = ….. ?
Kon ang sistema makadawat og kainit, ang Q positibo, kon ang sistema mopagawas og kainit, ang Q negatibo.
Atol sa usa ka siklo, ang makina sa Carnot moagi sa duha ka mabaliktad nga proseso sa isothermal (isothermal expansion + isothermal compression) ug duha ka mabaliktad nga proseso sa adiabatic (adiabatic expansion ug adiabatic compression). Atol sa pagpalapad ug compression, walay kainit nga mosulod o mogawas sa sistema (Q = 0). Tungod kay ang Q = 0, ang entropy mausab atol sa proseso sa adiabatic = 0.
Atol sa isothermal expansion, ang makina mosuhop sa kainit (Q) nga 2000 J sa temperatura (T) 500 K. Tungod kay ang makina mosuhop sa kainit, nan ang Q positibo. Ang pagbag-o sa entropy sa makina atol sa isothermal expansion mao ang:
Atol sa isothermal compression, ang makina mopagawas ug kainit (Q) nga moabot ug 1400 J sa temperatura nga (T) 350 K. Tungod kay ang makina mopagawas ug kainit, nan ang Q negatibo. Ang pagbag-o sa entropy sa makina atol sa isothermal press mao ang:
Kinatibuk-ang pagbag-o sa entropy = 4 J / K – 4 J / K = 0
Pananglitan 3:
Ang makina mosuhop og 600 J nga kainit sa temperatura nga 300 °C, mopagawas sa kainit sa temperatura nga 100 °C. Gikalkulo ang kainit nga gipagawas, ug giusab ang kinatibuk-ang entropy sulod sa usa ka siklo.
Solutions
T H = 300 K
QH = 600 J
T L = 100 K
QL =?
Atol sa usa ka siklo, ang makina sa Carnot moagi sa duha ka mabaliktad nga proseso sa isothermal (isothermal expansion + isothermal compression) ug duha ka mabaliktad nga proseso sa adiabatic (adiabatic compression ug adiabatic expansion). Atol sa adiabatic expansion ug compression, walay kainit nga mosulod o mogawas sa sistema (Q = 0). Tungod kay ang Q = 0 nan ang pagbag-o sa entropy atol sa proseso sa adiabatic = 0.
Atol sa isothermal expansion, ang makina mosuhop sa kainit (Q) nga 600 J sa temperatura nga (T) 300 K. Tungod kay ang makina mosuhop sa kainit, nan positibo ang Q. Ang pagbag-o sa entropy sa makina atol sa isothermal expansion mao ang:
Atol sa isothermal compression, ang makina mopagawas ug kainit (Q) 200 J sa temperatura (T) 100 K. Tungod kay ang makina mopagawas ug kainit, nan ang Q negatibo. Ang pagbag-o sa entropy sa makina atol sa isothermal compression mao ang:
Kinatibuk-ang pagbag-o sa entropy = 2 J / K – 2 J / K = 0
Base sa ehemplo numero 2 ug ehemplo numero 3, ang kinatibuk-ang pagbag-o sa entropy para sa proseso nga mabaliktad = 0. Sa proseso nga mabaliktad, ang kinatibuk-ang entropy kanunay nga makanunayon.
Pananglitan 4:
Ang yelo nga 2 kg sa 0 °C mosuhop sa kainit, mao nga kini matunaw. Kwentaha ang pagbag-o sa entropy sa yelo. (Ang kainit sa fusion para sa tubig = 3.34 x 105 J / Kg)
Solutions
Timbang sa yelo = 2 kg
Temperatura sa yelo = 0 o C + 273 = 273 K
Ang kainit sa pagsagol sa tubig = 3.34 x 105 J / Kg
Ang kainit nga gikinahanglan aron matunaw ang 2 kg nga yelo ngadto sa tubig:
Q = mL
Q = (2 kg)(3.34 x 105 J /Kg)
Q = 6.68 x 10⁻¹ J
Q = 668 x 103 J
Atol sa proseso sa pagkatunaw (yelo ngadto sa tubig), ang temperatura kanunay. Tungod kay ang temperatura kanunay, nan ang pagbag-o sa entropy sa yelo mao ang:
Pananglitan 5:
Ang tubig sa 26 °C gisagol sa tubig sa 22 °C. Ang masa sa tubig kay 2 kg. Kwentaha ang pagbag-o sa entropy sa tubig. Ang init nga tubig ug bugnaw nga tubig gisagol sa usa ka maayo ang insulasyon ug sirado nga sudlanan. Ang pagbalhin sa kainit usa ka proseso nga dili mabalik.
Solutions
Espesipikong kainit sa tubig (c) = 4180 J/Kg C o
Timbang sa tubig = 2 kg
Parehas ra ang masa sa tubig, busa ang katapusang temperatura = 24 o C (26 o C + 22 o C / 2 = 48 o C / 2 = 24 o C).
Ang gidaghanon sa kainit nga gipagawas sa init nga tubig kung ang temperatura mokunhod gikan sa 26 °C – 24 °C mao ang:
Q = mc ΔT = (2 kg) (4180 J / kg C o ) (26 o C – 24 o C) = (2 Kg) (4180 J / kg C o ) (2 o C) = 16720 J
Ang gidaghanon sa kainit nga masuhop sa bugnaw nga tubig kon ang temperatura mosaka gikan sa 22 o C – 24 o C mao ang:
Q = mc ΔT = (2 kg) (4180 J / kg C o ) (24 o C – 22 o C) = (2 kg) (4180 J / kg C o ) (2 o C) = 16720 J
Kinatibuk-ang pagbag-o sa entropy = pagbag-o sa entropy sa init nga tubig + pagbag-o sa entropy sa bugnaw nga tubig
ΔS = ΔS init nga tubig + ΔS bugnaw nga tubig
ΔS = Q/T + Q/T
Aberids nga temperatura sa init nga tubig = (26 o C + 24 o C) / 2 = 50 o C / 2 = 25 o C —- 25 + 273 = 298 K
Aberids nga temperatura sa bugnaw nga tubig = (22 o C + 24 o C) / 2 = 46 o C / 2 = 23 o C —- 23 + 273 = 296 K
Ang init nga tubig mopagawas ug kainit, busa ang Q negatibo. Ang bugnaw nga tubig mosuhop ug kainit, busa ang Q positibo.
ΔS = ΔS init nga tubig + ΔS bugnaw nga tubig
ΔS = -Q/T + Q/T
ΔS = -16720/298 + 16720/296
ΔS = -56.107 + 56.486
ΔS = 0.379 J/K
Ang kinatibuk-ang entropy misaka og 0.379 J/K
Bisan og ang partial entropy sa sistema mokunhod (-56.107 J/K), ang partial entropy sa sistema motaas sa mas dagkong kantidad (+ 56.486 J/K) mao nga ang total entropy kanunay nga motaas (+ 0.379 J/K).
Ang pagtaas sa kinatibuk-ang entropy sa dili mabalik nga proseso dili lamang magamit sa pagbalhin sa kainit tali sa init ug bugnaw nga mga sagol sa tubig nga gisusi sa ibabaw, apan magamit usab sa tanan nga mga kaso nga gisusi sa mga siyentista. Ang kinatibuk-ang piho nga entropy kung ang proseso mahitabo nga mabaliktad. Kung ang proseso mahitabo nga dili mabaliktad, nan ang kinatibuk-ang entropy kanunay nga motaas.
Ang tanang natural nga proseso sa atong adlaw-adlaw nga kinabuhi dili mabaliktad busa ang kinatibuk-ang entropy kinahanglan nga motaas. Kini nga kamatuoran gisumada sa mosunod nga sentence:
Sa usa ka dili mabalik nga proseso, ang kinatibuk-ang entropy sa sistema ug sa palibot kanunay nga nagtubo.
Kini nga pahayag usa ka kinatibuk-ang pahayag sa ikaduhang balaod sa termodinamika. Ang ikaduhang balaod sa termodinamika lahi sa ubang mga balaod sa pisikal. Kasagaran, ang mga balaod sa pisika gipahayag bahin sa mga ekwasyon (balaod ni Newton) o sa porma sa balaod sa kahangturan (ang balaod sa konserbasyon sa enerhiya).
