Termodinamikaning ikkinchi qonunining aniq bayonoti barcha qaytarib bo'lmaydigan jarayonlarni tasvirlab bera olmaydi, shuning uchun bizga umumiy bayonot kerak. Ushbu umumiy bayonot koinotda sodir bo'ladigan barcha qaytarib bo'lmaydigan jarayonlarni tushuntirishi kutilmoqda. Termodinamikaning ikkinchi qonunining umumiy bayonoti XIX asrning o'rtalarida entropiya (S) deb nomlangan miqdor orqali shakllantirilgan. Entropiya birinchi marta Klauziy tomonidan kiritilgan va Karno siklidan (mukammal kaloriya dvigateli) shakllantirilgan. Klauziyning so'zlariga ko'ra, entropiya o'zgarishlari tizim tomonidan doimiy haroratda qo'shimcha issiqlik (Q) olganda sodir bo'ladi, bu quyidagi tenglama bilan ifodalanadi:
Δ S = Entropiya o'zgarishlari, Q = Issiqlik, T = T harorat
Entropiya - bu tizimning mikroskopik holatini to'g'ridan-to'g'ri bilib bo'lmaydigan darajada ifodalovchi miqdor. Buni faqat entropiya o'zgarishlari bilan hisoblash mumkin. Xuddi termodinamikaning birinchi qonunidagi ichki energiya o'zgarishiga o'xshaydi.
Misol 1:
Idishdagi gaz adiabatik ravishda kengayadi. Gaz entropiyasining o'zgarishi…
Solutions
Adiabatik jarayon davomida tizimga (gazga) issiqlik kirmaydi yoki chiqmaydi. Q = 0 bo'lgani uchun ΔS = 0 bo'ladi. Tizim entropiyasi doimiy. Adiabatik siqilish haqida nima deyish mumkin? Adiabatik siqilish paytida tizimga issiqlik kirmaydi yoki chiqmaydi (Q = 0). Shuning uchun tizimning entropiyasi doimiydir.
Misol 2:
Carnot dvigateli 500 K da 2000 J issiqlikni yutadi, 350 K da issiqlikni chiqaradi. Bir sikl uchun chiqarilgan issiqlikni va umumiy entropiyaning o'zgarishini hisoblang.
Solutions
T H = 500 K
Q H = 2000 J
T L = 350 K
Q L = ….. ?
Agar tizim issiqlikni qabul qilsa, Q musbat, agar tizim issiqlikni chiqarsa, Q manfiy bo'ladi.
Bir sikl davomida Karno dvigateli ikkita qaytariladigan izotermik jarayonni (izotermik kengayish + izotermik siqish) va ikkita qaytariladigan adiabatik jarayonni (adiabatik kengayish va adiabatik siqish) boshdan kechiradi. Kengayish va siqish paytida tizimga issiqlik kirmaydi yoki chiqmaydi (Q = 0). Q = 0 bo'lgani uchun, adiabatik jarayon davomida entropiya o'zgaradi = 0.
Izotermik kengayish paytida dvigatel 500 K haroratda (T) 2000 J issiqlikni (Q) yutadi. Dvigatel issiqlikni yutganligi sababli, Q musbat bo'ladi. Izotermik kengayish paytida mashina entropiyasining o'zgarishi quyidagicha:
Izotermik siqish paytida dvigatel (T) 350 K haroratda 1400 J gacha issiqlik (Q) chiqaradi. Dvigatel issiqlik chiqarganligi sababli, Q manfiy bo'ladi. Izotermik presslash paytida mashina entropiyasining o'zgarishi quyidagicha:
Umumiy entropiya o'zgarishi = 4 J / K – 4 J / K = 0
Misol 3:
Dvigatel 300 °C haroratda 600 J issiqlikni yutadi, 100 °C haroratda issiqlikni chiqaradi. Bir sikl uchun chiqarilgan issiqlikni va umumiy entropiyaning o'zgarishini hisoblaydi.
Solutions
T H = 300 K
Q H = 600 J
T L = 100 K
Q L = ?
Bir sikl davomida Karno dvigateli ikkita qaytariladigan izotermik jarayonni (izotermik kengayish + izotermik siqish) va ikkita qaytariladigan adiabatik jarayonni (adiabatik siqish va adiabatik kengayish) boshdan kechiradi. Adiabatik kengayish va siqish paytida tizimga issiqlik kirmaydi yoki chiqmaydi (Q = 0). Chunki Q = 0 bo'ladi, unda adiabatik jarayon davomida entropiya o'zgaradi = 0.
Izotermik kengayish paytida dvigatel (T) 300 K haroratda 600 J issiqlikni (Q) yutadi. Dvigatel issiqlikni yutganligi sababli, Q musbat bo'ladi. Izotermik kengayish paytida mashina entropiyasining o'zgarishi quyidagicha:
Izotermik siqish paytida dvigatel 100 K haroratda (T) 200 J issiqlik chiqaradi (Q). Dvigatel issiqlik chiqarganligi sababli, Q manfiy bo'ladi. Izotermik siqish paytida mashina entropiyasining o'zgarishi quyidagicha:
Umumiy entropiya o'zgarishi = 2 J / K – 2 J / K = 0
2 va 3-misollarga asoslanib, qaytariladigan jarayon uchun umumiy entropiyaning o'zgarishi = 0. Qaytariladigan jarayonda umumiy entropiya har doim o'zgarmas bo'ladi.
4-misol:
0 °C da 2 kg muz issiqlikni yutadi, shuning uchun u eriydi. Muz entropiyasining o'zgarishini hisoblang. (Suvning erish issiqligi = 3.34 x 105 J / kg)
Solutions
Muz massasi = 2 kg
Muz harorati = 0 o C + 273 = 273 K
Suvning erish issiqligi = 3.34 x 105 J / kg
2 kg muzni suvga aylantirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori:
Q = ml
Q = (2 kg)(3.34 x 10 5 J/Kg)
Q = 6.68 x 10 5 J
Q = 668 x 10 3 J
Eritish jarayonida (muzning suvga aylanishi) harorat doimiy bo'ladi. Harorat doimiy bo'lgani uchun muz entropiyasining o'zgarishi quyidagicha bo'ladi:
Misol 5:
26 °C haroratdagi suv 22 °C haroratdagi suv bilan aralashtiriladi. Suv massasi 2 kg ga teng. Suv entropiyasining o'zgarishini hisoblang. Issiq va sovuq suv yaxshi izolyatsiyalangan, yopiq idishda aralashtiriladi. Issiqlik uzatish qaytarib bo'lmaydigan jarayondir.
Solutions
Suvning solishtirma issiqlik sig'imi (c) = 4180 J/Kg C o
Suv massasi = 2 kg
Suv massasi bir xil, shuning uchun yakuniy harorat = 24 o C (26 o C + 22 o C / 2 = 48 o C / 2 = 24 o C).
Harorat 26 °C dan 24 °C gacha pasayganda issiq suvdan ajralib chiqadigan issiqlik miqdori:
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
Harorat 22 ° C dan 24 ° C gacha ko'tarilganda sovuq suv tomonidan yutilgan issiqlik miqdori :
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
Umumiy entropiya o'zgarishi = issiq suv entropiyasi o'zgarishi + sovuq suv entropiyasi o'zgarishi
Δ S = Δ S issiq suv + Δ S sovuq suv
Δ S = Q/T + Q/T
Issiq suvning o'rtacha harorati = (26 o C + 24 o C) / 2 = 50 o C / 2 = 25 o C —- 25 + 273 = 298 K
Sovuq suvning o'rtacha harorati = (22 o C + 24 o C) / 2 = 46 o C / 2 = 23 o C —- 23 + 273 = 296 K
Issiq suv issiqlikni chiqaradi, shuning uchun Q manfiy. Sovuq suv issiqlikni yutadi, shuning uchun Q musbat.
Δ S = Δ S issiq suv + Δ S sovuq suv
Δ S = -Q/T + Q/T
Δ S = -16720/298 + 16720/296
Δ S = -56.107 + 56.486
Δ S = 0.379 J/K
Umumiy entropiya 0.379 J/K ga oshdi
Tizimning qisman entropiyasi kamaysa ham (-56.107 J/K), tizimning qisman entropiyasi kattaroq miqdorlarda (+ 56.486 J/K) ortadi, shuning uchun umumiy entropiya har doim oshadi (+ 0.379 J/K).
Qaytarib bo'lmaydigan jarayonda umumiy entropiyaning oshishi nafaqat yuqorida tahlil qilingan issiq va sovuq suv aralashmalari orasidagi issiqlik uzatishga, balki olimlar tomonidan tekshirilgan barcha holatlarga ham tegishli. Agar jarayon teskari bo'lsa, umumiy o'zgarmas entropiya. Agar jarayon qaytarib bo'lmaydigan bo'lsa, unda umumiy entropiya har doim ortadi.
Kundalik hayotimizdagi barcha tabiiy jarayonlar qaytarib bo'lmaydigan darajada, shuning uchun umumiy entropiya oshishi kerak. Bu fakt quyidagi jumlada umumlashtiriladi:
Qaytarib bo'lmaydigan jarayonda tizim va atrof-muhitning umumiy entropiyasi doimo o'sib boradi.
Bu bayonot termodinamikaning ikkinchi qonunining umumiy bayonotidir. Termodinamikaning ikkinchi qonuni boshqa fizik qonunlardan farq qiladi. Odatda, fizika qonunlari tenglamalarga nisbatan (Nyuton qonuni) yoki abadiylik qonuni (energiyaning saqlanish qonuni) shaklida ifodalanadi.
