Id-dikjarazzjoni speċifika tat-tieni liġi tat-termodinamika ma tistax tiddeskrivi l-proċessi irriversibbli kollha, għalhekk neħtieġu dikjarazzjoni ġenerali. Din id-dikjarazzjoni ġenerali hija mistennija li tispjega l-proċessi irriversibbli kollha li jseħħu fl-univers. Id-dikjarazzjoni ġenerali tat-tieni liġi tat-termodinamika ġiet ifformulata f'nofs is-seklu dsatax, permezz ta' kwantità msejħa entropija (S). L-entropija ġiet introdotta għall-ewwel darba minn Clausius u ġiet ifformulata miċ-ċiklu ta' Carnot (magna kalorika perfetta). Skont Clausius, bidliet fl-entropija jiġu esperjenzati minn sistema, meta s-sistema tikseb sħana addizzjonali (Q) f'temperatura kostanti, li hija rappreżentata mill-ekwazzjoni:
Δ S = Bidliet fl-entropija, Q = Sħana, T = T temperatura
L-entropija hija kwantità li tiddikjara l-istat mikroskopiku tas-sistema sabiex ma tkunx tista' tkun magħrufa direttament. Li tista' tiġi kkalkulata biss bil-bidliet fl-entropija. Bħal bidla fl-enerġija interna fl-ewwel liġi tat-termodinamika.
Eżempju 1:
Il-gass fil-kontenitur jespandi b'mod adjabatiku. Il-bidla fl-entropija tal-gass hija...
Soluzzjonijiet
Matul il-proċess adjabatiku, l-ebda sħana ma tidħol jew toħroġ mis-sistema (gass). Peress li Q = 0 allura ΔS = 0. L-entropija tas-sistema hija kostanti. Xi ngħidu dwar il-kompressjoni adjabatika? Matul il-kompressjoni adjabatika, l-ebda sħana ma tidħol jew toħroġ mis-sistema (Q = 0). Għalhekk, l-entropija tas-sistema hija kostanti.
Eżempju 2:
Il-magna Carnot tassorbi s-sħana ta' 2000 J f'500 K, tirrilaxxa s-sħana f'350 K. Ikkalkula s-sħana rilaxxata, u l-bidla fl-entropija totali għal ċiklu wieħed.
Soluzzjonijiet
T H = 500 K
QH = 2000 J
T L = 350 K
Q L = ….. ?
Jekk is-sistema tirċievi sħana, Q hija pożittiva, jekk is-sistema tirrilaxxa s-sħana, Q hija negattiva.
Matul ċiklu wieħed, il-magna Carnot tgħaddi minn żewġ proċessi iżotermiċi riversibbli (espansjoni iżotermika + kompressjoni iżotermika) u żewġ proċessi adjabatiċi riversibbli (espansjoni adjabatika u kompressjoni adjabatika). Matul l-espansjoni u l-kompressjoni, l-ebda sħana ma tidħol jew toħroġ mis-sistema (Q = 0). Peress li Q = 0, l-entropija tinbidel matul il-proċess adjabatiku = 0.
Matul l-espansjoni iżotermika, il-magna tassorbi sħana (Q) ta' 2000 J f'temperatura (T) ta' 500 K. Minħabba li l-magna tassorbi sħana, allura Q hija pożittiva. Il-bidla fl-entropija tal-magna matul l-espansjoni iżotermika hija:
Waqt kompressjoni iżotermika, il-magna tirrilaxxa sħana (Q) sa 1400 J f'temperatura ta' (T) 350 K. Minħabba li l-magna tirrilaxxa sħana, allura Q hija negattiva. Il-bidla fl-entropija tal-magna waqt pressjonijiet iżotermiċi hija:
Bidla totali fl-entropija = 4 J / K – 4 J / K = 0
Eżempju 3:
Il-magna tassorbi 600 J ta' sħana f'temperatura ta' 300 °C, tirrilaxxa s-sħana f'temperatura ta' 100 °C. Tikkalkula s-sħana li tiġi rilaxxata, u l-bidliet fl-entropija totali għal ċiklu wieħed.
Soluzzjonijiet
T H = 300 K
QH = 600 J
T L = 100 K
Q L = ?
Matul ċiklu wieħed, il-magna Carnot tgħaddi minn żewġ proċessi iżotermiċi riversibbli (espansjoni iżotermika + kompressjoni iżotermika) u żewġ proċessi adjabatiċi riversibbli (kompressjoni adjabatika u espansjoni adjabatika). Matul l-espansjoni u l-kompressjoni adjabatika, l-ebda sħana ma tidħol jew toħroġ mis-sistema (Q = 0). Minħabba li Q = 0 allura l-bidla fl-entropija matul il-proċess adjabatiku = 0.
Matul l-espansjoni iżotermika, il-magna tassorbi sħana (Q) ta' 600 J f'temperatura ta' (T) 300 K. Minħabba li l-magna tassorbi s-sħana, allura Q hija pożittiva. Il-bidla fl-entropija tal-magna matul l-espansjoni iżotermika hija:
Waqt kompressjoni iżotermika, il-magna tirrilaxxa sħana (Q) 200 J f'temperatura (T) 100 K. Minħabba li l-magna tirrilaxxa sħana, allura Q hija negattiva. Il-bidla fl-entropija tal-magna waqt kompressjoni iżotermika hija:
Bidla totali fl-entropija = 2 J / K – 2 J / K = 0
Abbażi tal-eżempju numru 2 u l-eżempju numru 3, il-bidla totali fl-entropija għall-proċess riversibbli = 0. Fil-proċess riversibbli, l-entropija totali hija dejjem kostanti.
Eżempju 4:
Silġ ta' 2 kg f'0 °C jassorbi s-sħana, u għalhekk idub. Ikkalkula l-bidla fl-entropija tas-silġ. (Is-sħana tal-fużjoni għall-ilma = 3.34 x 10 5 J / Kg)
Soluzzjonijiet
Massa tas-silġ = 2 kg
Temperatura tas-silġ = 0 ° C + 273 = 273 K
Is-sħana tal-fużjoni għall-ilma = 3.34 x 10 5 J / Kg
Is-sħana meħtieġa biex iddewweb 2 kg ta’ silġ f’ilma:
Q = mL
Q = (2 kg)(3.34 x 105 J /Kg)
Q = 6.68 x 105 J
Q = 668 x 10³ J
Matul il-proċess tat-tidwib (silġ għal ilma), it-temperatura hija kostanti. Peress li t-temperatura hija kostanti, allura l-bidla fl-entropija tas-silġ hija:
Eżempju 5:
Ilma f'26 °C jitħallat ma' ilma f'22 °C. Il-massa tal-ilma hija ta' 2 kg. Ikkalkula l-bidla fl-entropija tal-ilma. Ilma sħun u ilma kiesaħ jitħalltu f'kontenitur magħluq u iżolat sew. It-trasferiment tas-sħana huwa proċess irriversibbli.
Soluzzjonijiet
Sħana speċifika tal-ilma (c) = 4180 J/Kg C o
Massa tal-ilma = 2 kg
Il-massa tal-ilma hija l-istess, għalhekk it-temperatura finali = 24 ° C (26 ° C + 22 ° C / 2 = 48 ° C / 2 = 24 ° C).
L-ammont ta’ sħana li jiġi rilaxxat mill-ilma sħun meta t-temperatura titnaqqas minn 26 °C – 24 °C huwa:
Q = mc ΔT = (2 kg) (4180 J / kg C₂o ) (26 ° C – 24 ° C) = (2 Kg) (4180 J / kg C₂o ) (2 ° C) = 16720 J
L-ammont ta’ sħana li tiġi assorbita mill-ilma kiesaħ meta t-temperatura titla’ minn 22 ° C – 24 ° C hija:
Q = mc ΔT = (2 kg) (4180 J / kg C₂o ) (24 ° C – 22 ° C) = (2 kg) (4180 J / kg C₂o ) (2 ° C) = 16720 J
Bidla totali fl-entropija = bidla fl-entropija tal-ilma sħun + bidla fl-entropija tal-ilma kiesaħ
Δ S = Δ S ilma sħun + Δ S ilma kiesaħ
ΔS = Q/T + Q/T
Temperatura medja tal-ilma sħun = (26 ° C + 24 ° C) / 2 = 50 ° C / 2 = 25 ° C —- 25 + 273 = 298 K
Temperatura medja ta' ilma kiesaħ = (22 ° C + 24 ° C) / 2 = 46 ° C / 2 = 23 ° C —- 23 + 273 = 296 K
L-ilma sħun jirrilaxxa s-sħana, għalhekk Q hija negattiva. L-ilma kiesaħ jassorbi s-sħana, għalhekk Q hija pożittiva.
Δ S = Δ S ilma sħun + Δ S ilma kiesaħ
ΔS = -Q/T + Q/T
ΔS = -16720/298 + 16720/296
ΔS = -56.107 + 56.486
ΔS = 0.379 J/K
L-entropija totali żdiedet b'0.379 J/K
Għalkemm l-entropija parzjali tas-sistema tonqos (-56.107 J/K), l-entropija parzjali tas-sistema tiżdied fi kwantitajiet akbar (+ 56.486 J/K) sabiex l-entropija totali dejjem tiżdied (+ 0.379 J/K).
Iż-żieda fl-entropija totali fil-proċess irriversibbli mhux biss tapplika għat-trasferiment tas-sħana bejn it-taħlitiet ta' ilma sħun u kiesaħ analizzati hawn fuq, iżda tapplika wkoll għall-każijiet kollha eżaminati mix-xjenzati. Entropija fissa totali jekk il-proċess iseħħ b'mod riversibbli. Jekk il-proċess iseħħ b'mod irriversibbli, allura l-entropija totali dejjem tiżdied.
Il-proċessi naturali kollha fil-ħajja tagħna ta’ kuljum huma irriversibbli u għalhekk l-entropija totali trid tiżdied. Dan il-fatt huwa miġbur fil-qosor fis-sentenza li ġejja:
Fi proċess irriversibbli, l-entropija totali tas-sistema u tal-ambjent dejjem tikber.
Din id-dikjarazzjoni hija dikjarazzjoni ġenerali tat-tieni liġi tat-termodinamika. It-tieni liġi tat-termodinamika hija differenti minn liġijiet fiżiċi oħra. Normalment, il-liġijiet tal-fiżika huma espressi rigward ekwazzjonijiet (il-liġi ta' Newton) jew fil-forma tal-liġi tal-eternità (il-liġi tal-konservazzjoni tal-enerġija).
