Gbólóhùn pàtó ti òfin kejì ti thermodynamics kò lè ṣàlàyé fún gbogbo àwọn ìlànà tí a kò le yípadà, nítorí náà a nílò gbólóhùn gbogbogbò kan. Gbólóhùn gbogbogbò yìí ni a retí láti ṣàlàyé gbogbo àwọn ìlànà tí a kò le yípadà tí ó ń ṣẹlẹ̀ ní àgbáyé. Gbólóhùn gbogbogbò ti òfin kejì ti thermodynamics ni a gbé kalẹ̀ ní àárín ọ̀rúndún kọkàndínlógún, nípasẹ̀ iye kan tí a ń pè ní entropy (S). Clausius ni ó kọ́kọ́ ṣe Entropy, a sì ṣe àgbékalẹ̀ rẹ̀ láti inú ìyípo Carnot (ẹ̀rọ kalori pípé). Gẹ́gẹ́ bí Clausius ti sọ, ètò kan ní ìrírí àwọn ìyípadà entropy, nígbà tí ètò náà bá gba ooru afikún (Q) ní iwọ̀n otutu tí ó dúró ṣinṣin, èyí tí a fi ìṣirò náà ṣojú fún:
Δ S = Àwọn ìyípadà Entropy, Q = Ooru, T = T iwọn otutu
Entropy jẹ́ iye kan tí ó ń sọ ipò kékeré ti ètò náà kí a má baà lè mọ̀ ọ́n ní tààrà. Èyí tí a lè ṣírò pé àwọn ìyípadà entropy nìkan ni a lè ṣírò. Ó dà bí ìyípadà agbára inú nínú òfin àkọ́kọ́ ti thermodynamics.
Apeere 1:
Gáàsì tó wà nínú àpótí náà ń fẹ̀ sí i ní ọ̀nà àdáni. Ìyípadà nínú entropy gáàsì ni…
solusan
Nígbà tí a bá ń ṣe iṣẹ́ adiabatic, ooru kò sí tí ó ń wọlé tàbí tí ó ń jáde kúrò nínú ètò náà (gaasi). Nítorí pé Q = 0, nígbà náà ΔS = 0. Entropy ètò náà dúró ṣinṣin. Kí ni nípa ìfúnpọ̀ adiabatic? Nígbà ìfúnpọ̀ adiabatic, ooru kò sí tí ó ń wọlé tàbí tí ó ń jáde kúrò nínú ètò náà (Q = 0). Nítorí náà, entropy ètò náà dúró ṣinṣin.
Apeere 2:
Ẹ̀rọ Carnot gba ooru 2000 J ní 500 K, ó sì tú ooru jáde ní 350 K. Ṣírò ooru tí a tú jáde, àti ìyípadà nínú gbogbo entropy fún ìyípo kan.
solusan
T H = 500 K
Q H = 2000 J
T L = 350 K
Q L = …..?
Tí ètò náà bá gba ooru, Q yóò jẹ́ rere, tí ètò náà bá tú ooru jáde, Q yóò jẹ́ odi.
Ní àkókò ìyípo kan, ẹ̀rọ Carnot máa ń lo àwọn ilana isothermal méjì tí a lè yípadà (ìfẹ̀sí isothermal + ìfúnpọ̀ isothermal) àti àwọn ilana adiabatic méjì tí a lè yípadà (ìfẹ̀sí adiabatic àti ìfúnpọ̀ adiabatic). Nígbà ìfẹ̀sí àti ìfúnpọ̀, ooru kò wọ inú tàbí jáde kúrò nínú ètò náà (Q = 0). Láti ìgbà tí Q = 0, entropy máa ń yípadà nígbà ìlànà adiabatic = 0.
Nígbà ìfẹ̀sí isothermal, ẹ̀rọ náà máa ń gba ooru (Q) ti 2000 J ní iwọ̀n otútù (T) 500 K. Nítorí pé ẹ̀rọ náà máa ń gba ooru, nígbà náà Q máa ń jẹ́ rere. Ìyípadà entropy ẹ̀rọ nígbà ìfẹ̀sí isothermal ni:
Nígbà ìfúnpọ̀ isothermal, ẹ̀rọ náà ń tú ooru (Q) jáde tó 1400 J ní ìwọ̀n otútù (T) 350 K. Nítorí pé ẹ̀rọ náà ń tú ooru jáde, nígbà náà Q jẹ́ odi. Ìyípadà entropy ẹ̀rọ nígbà tí a bá ń tẹ̀ isothermal ni:
Àpapọ̀ ìyípadà entropy = 4 J / K – 4 J / K = 0
Apeere 3:
Ẹ̀rọ náà máa ń gba ooru 600 J ní ìwọ̀n otútù 300 °C, ó sì máa ń tú ooru jáde ní ìwọ̀n otútù 100 °C. Ó máa ń ṣírò ooru tí a bá tú jáde, ó sì máa ń yí gbogbo entropy padà fún ìyípo kan.
solusan
T H = 300 K
Q H = 600 J
T L = 100 K
Q L = ?
Nígbà ìyípo kan, ẹ̀rọ Carnot máa ń lo àwọn ilana isothermal méjì tí a lè yípadà (ìfẹ̀sí isothermal + ìfúnpọ̀ isothermal) àti àwọn ilana adiabatic méjì tí a lè yípadà (ìfúnpọ̀ adiabatic àti ìfẹ̀sí adiabatic). Nígbà ìfẹ̀sí adiabatic àti ìfúnpọ̀, ooru kò sí tí ó ń wọlé tàbí tí ó ń jáde kúrò nínú ètò náà (Q = 0). Nítorí pé Q = 0 nígbà náà ni entropy máa ń yípadà nígbà ìlànà adiabatic = 0.
Nígbà ìfẹ̀sí isothermal, ẹ̀rọ náà máa ń gba ooru (Q) ti 600 J ní ìwọ̀n otútù (T) 300 K. Nítorí pé ẹ̀rọ náà máa ń gba ooru, nígbà náà Q máa ń jẹ́ rere. Ìyípadà entropy ẹ̀rọ nígbà ìfẹ̀sí isothermal ni:
Nígbà ìfúnpọ̀ isothermal, ẹ̀rọ náà ń tú ooru (Q) 200 J jáde ní iwọ̀n otútù (T) 100 K. Nítorí pé ẹ̀rọ náà ń tú ooru jáde, nígbà náà Q jẹ́ odi. Ìyípadà entropy ẹ̀rọ nígbà ìfúnpọ̀ isothermal ni:
Àpapọ̀ ìyípadà entropy = 2 J / K – 2 J / K = 0
Ní ìbámu pẹ̀lú àpẹẹrẹ nọ́mbà 2 àti àpẹẹrẹ nọ́mbà 3, àyípadà entropy gbogbo fún ìlànà tí a lè yípadà = 0. Nínú ìlànà tí a lè yípadà, entropy gbogbo náà máa ń dúró ṣinṣin nígbà gbogbo.
Apẹẹrẹ 4:
Yìnyín 2 kg ní 0 °C máa ń gba ooru, nítorí náà ó máa ń yọ́. Ṣírò ìyípadà nínú entropy yìnyín. (Igbóná ìdàpọ̀ omi = 3.34 x 10 5 J / Kg)
solusan
Ìwọ̀n Yìnyín = 2 kg
Iwọn otutu yìnyín = 0 o C + 273 = 273 K
Ooru idapọ fun omi = 3.34 x 10 5 J / Kg
Ooru ti a nilo lati yo 2 kg ti yinyin sinu omi:
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
Nígbà tí wọ́n bá ń yọ́ omi (yìnyín sí omi), ìwọ̀n otútù náà kì í yí padà. Nítorí pé ìwọ̀n otútù náà kì í yí padà, nígbà náà ni ìyípadà entropy yìnyín yóò yí padà:
Apeere 5:
A da omi ni iwọn otutu 26 °C po mo omi ni iwọn otutu 22 °C. Iwọn omi naa jẹ 2 kg. Ṣe iṣiro iyipada ninu entropy omi. Omi gbigbona ati omi tutu ni a dapọ mọ inu apoti ti a ti fi aabo bo daradara. Gbigbe ooru jẹ ilana ti ko le yipada.
solusan
Ooru omi pàtó (c) = 4180 J/Kg C o
Ìwọ̀n omi = 2 kg
Ìwọ̀n omi náà jọra, nítorí náà, ìwọ̀n otútù ìkẹyìn = 24 o C (26 o C + 22 o C / 2 = 48 o C / 2 = 24 o C).
Iye ooru ti omi gbigbona n tu silẹ nigbati iwọn otutu ba dinku lati 26 °C – 24 °C ni:
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
Iye ooru ti omi tutu n gba nigba ti iwọn otutu ba ga lati 22 oC – 24 oC ni:
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
Àyípadà entropy lápapọ̀ = ìyípadà entropy omi gbígbóná + ìyípadà entropy omi tútù
Δ S = Δ S omi gbígbóná + Δ S omi tútù
Δ S = Q/T + Q/T
Iwọn otutu apapọ ti omi gbona = (26 oC + 24 oC ) / 2 = 50 oC / 2 = 25 oC —- 25 + 273 = 298 K
Iwọn otutu apapọ ti omi tutu = (22 o C + 24 o C) / 2 = 46 o C / 2 = 23 o C —- 23 + 273 = 296 K
Omi gbígbóná máa ń tú ooru jáde, nítorí náà Q jẹ́ odi. Omi tútù máa ń gba ooru, nítorí náà Q jẹ́ rere.
Δ S = Δ S omi gbígbóná + Δ S omi tútù
Δ S = -Q/T + Q/T
Δ S = -16720/298 + 16720/296
Δ S = -56.107 + 56.486
Δ S = 0.379 J/K
Iye entropy apapọ pọ si nipasẹ 0.379 J/K
Bó tilẹ̀ jẹ́ pé entropy apa kan ti eto naa dinku (-56.107 J/K), entropy apa kan ti eto naa pọ si ni awọn iwọn ti o tobi (+ 56.486 J/K) nitorinaa entropy apapọ naa maa n pọ si nigbagbogbo (+ 0.379 J/K).
Àfikún nínú gbogbo entropy nínú ìlànà tí a kò le yípadà kìí ṣe pé ó kan ìgbésẹ̀ ooru láàárín àwọn àdàpọ̀ omi gbígbóná àti omi tútù tí a ṣàyẹ̀wò lókè yìí nìkan, ṣùgbọ́n ó tún kan gbogbo àwọn ọ̀ràn tí àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì ṣe àyẹ̀wò. Gbogbo entropy tí a ti pinnu tí ó bá ṣẹlẹ̀ láì yípadà. Tí ìlànà náà bá ṣẹlẹ̀ láì yípadà, nígbà náà gbogbo entropy máa ń pọ̀ sí i.
Gbogbo ilana adayeba ninu igbesi aye wa ojoojumọ ko le yipada, nitorinaa entropy gbogbo gbọdọ pọ si. Otitọ yii ni a ṣe akopọ ninu gbolohun ọrọ atẹle yii:
Nínú ìlànà tí kò ṣeé yípadà, gbogbo entropy ti ètò àti àyíká ń dàgbàsókè nígbà gbogbo.
Gbólóhùn yìí jẹ́ gbólóhùn gbogbogbòò ti òfin kejì ti thermodynamics. Òfin kejì ti thermodynamics yàtọ̀ sí àwọn òfin ara mìíràn. Lọ́pọ̀ ìgbà, a máa ń sọ àwọn òfin fisiksi nípa àwọn ìdọ́gba (òfin Newton) tàbí ní ìrísí òfin ayérayé (òfin ìpamọ́ agbára).
