Ny fanambarana manokana momba ny lalàna faharoa momba ny termodinamika dia tsy afaka mamaritra ny dingana tsy azo averina rehetra, noho izany dia mila fanambarana ankapobeny isika. Ity fanambarana ankapobeny ity dia antenaina hanazava ny dingana tsy azo averina rehetra mitranga eto amin'izao rehetra izao. Ny fanambarana ankapobeny momba ny lalàna faharoa momba ny termodinamika dia noforonina tamin'ny tapaky ny taonjato faha-19, tamin'ny alàlan'ny habetsahana antsoina hoe entropy (S). Ny entropy dia nampidirin'i Clausius voalohany ary noforonina avy amin'ny tsingerin'i Carnot (motera kaloria tonga lafatra). Araka ny voalazan'i Clausius, ny fiovan'ny entropy dia iainan'ny rafitra iray, rehefa mahazo hafanana fanampiny (Q) amin'ny mari-pana tsy miova ny rafitra, izay asehon'ny fampitoviana:
Δ S = Fiovan'ny entropy, Q = Hafanana, T = T mari-pana
Ny entropy dia habe iray izay milaza ny toetry ny rafitra mikroskopika ka tsy azo fantarina mivantana. Ny fiovan'ny entropy ihany no azo kajiana. Mitovy amin'ny fiovan'ny angovo anatiny ao amin'ny lalàna voalohan'ny thermodynamics.
Ohatra 1:
Miitatra amin'ny fomba adiabatika ny entona ao anaty fitoeran-javatra. Ny fiovan'ny entropia entona dia…
Solutions
Mandritra ny dingana adiabatika, tsy misy hafanana miditra na mivoaka ny rafitra (gaz). Koa satria Q = 0 dia ΔS = 0. Tsy miova ny entropia amin'ny rafitra. Ahoana ny amin'ny famatrarana adiabatika? Mandritra ny famatrarana adiabatika, tsy misy hafanana miditra na mivoaka ny rafitra (Q = 0). Noho izany, tsy miova ny entropia amin'ny rafitra.
Ohatra 2:
Mitroka ny hafanana 2000 J amin'ny 500 K ny motera Carnot, ary mamoaka hafanana amin'ny 350 K. Kajy ny hafanana avoaka, ary ny fiovan'ny entropy manontolo mandritra ny tsingerina iray.
Solutions
T H = 500 K
QH = 2000 J
T L = 350 K
QL = …..?
Raha mahazo hafanana ny rafitra, dia tsara ny Q, raha mamoaka hafanana kosa ny rafitra, dia ratsy ny Q.
Mandritra ny tsingerina iray, ny motera Carnot dia mandalo dingana isothermal roa azo averina (fivelarana isothermal + famatrarana isothermal) ary dingana adiabatika azo averina roa (fivelarana adiabatika sy famatrarana adiabatika). Mandritra ny fivelarana sy ny famatrarana, tsy misy hafanana miditra na mivoaka ny rafitra (Q = 0). Koa satria Q = 0, miova ny entropy mandritra ny dingana adiabatika = 0.
Mandritra ny fanitarana isothermal, ny motera dia mandray hafanana (Q) 2000 J amin'ny mari-pana (T) 500 K. Satria mandray hafanana ny motera, dia tsara ny Q. Ny fiovan'ny entropy amin'ny milina mandritra ny fanitarana isothermal dia:
Mandritra ny famoretana isothermal, ny motera dia mamoaka hafanana (Q) hatramin'ny 1400 J amin'ny mari-pana (T) 350 K. Satria mamoaka hafanana ny motera, dia ratsy ny Q. Ny fiovan'ny entropy amin'ny milina mandritra ny fanindriana isothermal dia:
Fiovan'ny entropy manontolo = 4 J / K – 4 J / K = 0
Ohatra 3:
Mitroka hafanana 600 J amin'ny mari-pana 300 °C ny motera, mamoaka hafanana amin'ny mari-pana 100 °C. Mikajy ny hafanana avoaka, ary manova ny entropy manontolo mandritra ny tsingerina iray.
Solutions
T H = 300 K
QH = 600 J
T L = 100 K
QL =?
Mandritra ny tsingerina iray, ny motera Carnot dia mandalo dingana isothermal azo averina roa (fivelarana isothermal + famatrarana isothermal) ary dingana adiabatika azo averina roa (famatrarana adiabatika sy fivelarana adiabatika). Mandritra ny fivelarana sy famatrarana adiabatika, tsy misy hafanana miditra na mivoaka ny rafitra (Q = 0). Satria Q = 0 dia miova ny entropy mandritra ny dingana adiabatika = 0.
Mandritra ny fanitarana isothermal, ny motera dia mandray hafanana (Q) 600 J amin'ny mari-pana (T) 300 K. Satria mandray hafanana ny motera, dia tsara ny Q. Ny fiovan'ny entropy amin'ny milina mandritra ny fanitarana isothermal dia:
Mandritra ny famatrarana isothermal, ny motera dia mamoaka hafanana (Q) 200 J amin'ny mari-pana (T) 100 K. Satria mamoaka hafanana ny motera, dia ratsy ny Q. Ny fiovan'ny entropy milina mandritra ny famatrarana isothermal dia:
Fiovan'ny entropy manontolo = 2 J / K – 2 J / K = 0
Mifototra amin'ny ohatra laharana 2 sy ohatra laharana 3, ny fiovan'ny entropy manontolo ho an'ny dingana azo averina dia = 0. Ao amin'ny dingana azo averina, ny entropy manontolo dia tsy miova foana.
Ohatra 4:
Mitroka hafanana ny ranomandry 2 kg amin'ny 0 °C, ka mitsonika. Kajio ny fiovan'ny entropy amin'ny ranomandry. (Ny hafanan'ny fusion ho an'ny rano = 3.34 x 105 J / Kg)
Solutions
Lanjan'ny ranomandry = 2 kg
Hafanana ranomandry = 0 o C + 273 = 273 K
Ny hafanan'ny fifangaroan'ny rano = 3.34 x 105 J / Kg
Ny hafanana ilaina mba handrendrehana ranomandry 2 kg ho anaty rano:
Q = mL
Q = (2 kg)(3.34 x 105 J /Kg)
Q = 6.68 x 10 5 J
Q = 668 x 10 3 J
Mandritra ny dingan'ny fandrendrehana (ranomandry lasa rano), dia tsy miova ny mari-pana. Koa satria tsy miova ny mari-pana, dia toy izao ny fiovan'ny entropia amin'ny ranomandry:
Ohatra 5:
Afangaro amin'ny rano amin'ny 22 °C ny rano amin'ny 26 °C. 2 kg ny lanjan'ny rano. Kajio ny fiovan'ny entropian'ny rano. Afangaro ao anaty fitoeran-javatra mihidy tsara sy voaaro tsara ny rano mafana sy ny rano mangatsiaka. Dingana tsy azo ovaina ny famindrana hafanana.
Solutions
Hafanana manokan'ny rano (c) = 4180 J/Kg C o
Lanjan'ny rano = 2 kg
Mitovy ny lanjan'ny rano, ka ny mari-pana farany = 24 o C (26 o C + 22 o C / 2 = 48 o C / 2 = 24 o C).
Ny habetsaky ny hafanana avoakan'ny rano mafana rehefa mihena avy amin'ny 26 °C – 24 °C ny mari-pana dia:
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
Ny habetsaky ny hafanana voarain'ny rano mangatsiaka rehefa miakatra avy amin'ny 22 ° C – 24 ° C ny mari-pana dia:
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
Fiovan'ny entropy manontolo = fiovan'ny entropy rano mafana + fiovan'ny entropy rano mangatsiaka
ΔS = ΔS rano mafana + ΔS rano mangatsiaka
ΔS = Q/T + Q/T
Salan'isan'ny mari-pana amin'ny rano mafana = (26 o C + 24 o C) / 2 = 50 o C / 2 = 25 o C —- 25 + 273 = 298 K
Salan'isan'ny mari-pana amin'ny rano mangatsiaka = (22 o C + 24 o C) / 2 = 46 o C / 2 = 23 o C —- 23 + 273 = 296 K
Mamoaka hafanana ny rano mafana, ka ratsy ny Q. Mitroka hafanana kosa ny rano mangatsiaka, ka tsara ny Q.
ΔS = ΔS rano mafana + ΔS rano mangatsiaka
ΔS = -Q/T + Q/T
ΔS = -16720/298 + 16720/296
ΔS = -56.107 + 56.486
ΔS = 0.379 J/K
Nitombo 0.379 J/K ny entropy manontolo
Na dia mihena aza ny entropy ampahany amin'ny rafitra (-56.107 J/K), dia mitombo amin'ny habetsahana lehibe kokoa ny entropy ampahany amin'ny rafitra (+ 56.486 J/K) ka mitombo foana ny entropy manontolo (+ 0.379 J/K).
Ny fitomboan'ny entropy manontolo amin'ny dingana tsy azo averina dia tsy mihatra amin'ny famindrana hafanana eo amin'ny fangaroan'ny rano mafana sy mangatsiaka izay nodinihina etsy ambony ihany, fa mihatra amin'ny tranga rehetra nodinihin'ny mpahay siansa ihany koa. Entropy raikitra manontolo raha toa ka mitranga amin'ny fomba azo averina ny dingana. Raha toa ka mitranga amin'ny fomba tsy azo averina ny dingana, dia mitombo foana ny entropy manontolo.
Tsy azo averina intsony ny fizotran'ny fiainana andavanandro ka tsy maintsy mitombo ny entropy manontolo. Voafintina amin'ity fehezanteny manaraka ity izany:
Ao anatin'ny dingana tsy azo averina, mitombo foana ny entropy manontolo an'ny rafitra sy ny tontolo iainana.
Ity fanambarana ity dia fanambarana ankapobeny momba ny lalàna faharoan'ny termodinamika. Ny lalàna faharoan'ny termodinamika dia tsy mitovy amin'ny lalàna fizika hafa. Matetika, ny lalàn'ny fizika dia aseho amin'ny alàlan'ny fampitoviana (lalàn'i Newton) na amin'ny endrika lalàn'ny mandrakizay (lalàn'ny fiarovana ny angovo).
