一个热力学概念问题熵应该是描述物体换乱程度的对吧,是一个状态量.但是熵变等于dQ/T的积分,比如说两团相同的0摄氏度气体

问题描述:

一个热力学概念问题
熵应该是描述物体换乱程度的对吧,是一个状态量.但是熵变等于dQ/T的积分,比如说两团相同的0摄氏度气体,一团在15度升温,一团在20度升温,最终都只升温到10度,那么又因为环境温度保持不变,所以熵变等于Q/T环境,但是环境温度不同,也就是说熵变不同.但是初末状态都是一样的呀,为什么熵变会不一样呢?克劳修斯不等式说对一个循环dQ/T的积分小于0,可是前后状态没变,为什么熵会有变化呢?我概念有点混淆,这个克劳休斯熵和波尔兹蔓熵联系在哪里?
1个回答 分类:数学 2014-10-18

问题解答:

我来补答
我的看法:
讨论你举的那个例子:两团相同的0℃气体,一团在15℃环境中升温,一团在20℃环境中升温,末状态均为10℃.我认为,对于两个体系(升温了的气体),熵变按照克劳休斯的求法,都是对dQ/T做积分,况且初末状态一致,的确熵变(熵增加)是相等的.但对于两个环境(15℃,20℃),按照克劳休斯的求法,都是ΔQ/T环境,所以熵变(熵减少)是不相等的.这个没有矛盾.
熵不满足守恒律,因为你讨论的过程是热力学的不可逆过程,体系加环境的总熵是会增加的.热力学上的可逆加热是:每次用比体系温度高δT的环境作为热源进行加热,其中δT是理论上无限趋于0的值,这样根据克劳休斯的算法,才能得到体系增加的熵等于环境减少的熵.实际上这个过程是不可能在现实中实现的.
用不同温度的环境加热同样的体系,体系熵变固定,环境熵变就跟环境温度有关了.我叙述有点啰嗦,如果没明白欢迎追问.
供参考.
再问: dQ/T里的T是谁的温度。为什么都是对dQ/T做积分,初末态一样,熵变就一样?
再答: 你求谁就是谁的温度。如果你研究的是体系(那一坨气体)的熵变,就是代入体系的温度进行计算。当然,由于全过程中体系的温度是变化的,所以是一个积分。如果你研究的是环境的熵变,代入的就是环境的温度,由于是一个恒定的值,所以可以直接用热量的变化除以该温度。也正因此,体系熵增加的量跟环境熵减少的量是不一定相等的。 初末态的问题,熵是一个状态函数,与热力学能U,温度T,压强p,焓H等一样,只与体系的状态有关,与具体的变化路径无关。因此熵变只与体系初末态的状态有关,而与从初态变化到末态的过程无关。你是在学大学的物理化学还是高中竞赛?也许可以从之前热力学能U,焓H等的计算题中感受“状态函数”这一概念。 供参考。
再问: 高中物理竞赛,我也懂一点化学热力学。但是克劳休斯等式描述的不是对于可逆循环,吸热量比热源温度加放热量比冷源温度等于0,照这么想计算熵变时应该是吸热(或者放热)量比环境温度的积分,比如一坨气体,这坨气体的熵变量不应该是变化热量比环境温度的积分吗?为什么是比自身温度的积分?
再答: 那是对于可逆循环,你描述的实际过程是不可逆的。比如你用20℃的水跟10℃的水混在一起,它们会不可逆地发生热量交换,这个过程总熵是增加的。
再问: 我好像明白了,因为物质之间出现温差是会有一个热量传输过程,导致之间温度出现渐变,比如我开始的问题,10度气体周围的空气其实都会变为10度,导致熵变相同。
 
 
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