Физика и энтропия - Курсовая работа

Актуальность темы курсовой работы заключается в том, что в настоящее время теплосиловые и тепловые установки получили широкое распространение в различных отраслях народного хозяйства. Наука, изучающая методы использования энергии топлива, законы процессов изменения состояния вещества, принципы работы различных машин и аппаратов, энергетических и технологических установок, называется теплотехникой. Термодинамика опирается на фундаментальные законы (начала), которые являются обобщением наблюдений над процессами, протекающими в природе независимо от конкретных свойств тел. Первый закон термодинамики характеризует и описывает процессы превращения энергии с количественной стороны и дает все необходимое для составления энергетического баланса любой установки или процесса. Второй закон термодинамики, являясь важнейшим законом природы, определяет направление, по которому протекают термодинамические процессы, устанавливает возможные пределы превращения теплоты в работу при круговых процессах, позволяет дать строгое определение таких понятий, как энтропия, температура и т.д.Впервые понятие "энтропия" введено в XIX в. в результате анализа работы тепловых машин, где энтропия характеризует ту часть энергии, которая рассеивается в пространстве, не совершая полезной работы (отсюда определение: энтропия - мера обесценивания энергии). Понятие энтропия, как показал впервые энтропию Шредингер (1944), существенно и для понимания явлений жизни. Энтропия возрастает по мере усложнения молекулы вещества; так, для газов N2О, N2O3 и N2O5 Энтропия составляет соответственно 52,6; 73,4 и 85,0 э. е. Второе начало термодинамики приняло следующий вид: при самопроизвольных процессах в системах имеющих постоянную энергию энтропия всегда возрастает. Это обстоятельство отражено в уравнении баланса энтропии: DS = DES DIS, (7) где DES - обратимая часть изменения энтропии, обусловленная внешним теплообменом ?Q = TDES; DIS - возрастание энтропии, обусловленное внутренними источниками тепла диссипации Qд = TDIS в системе.Термодинамические расчеты изменения энтропии основаны на определении (6) и на свойствах частных производных энтропии по термодинамическим параметрам: (19) Этот же результат можно получить, если использовать выражение для теплоты изотермического обратимого расширения идеального газа: Qобр = NRT ln(V2/V1) (25) При обратимом фазовом переходе температура остается постоянной, а теплота фазового перехода при постоянном давлении равна Нфп, поэтому изменение энтропии равно: (26) При плавлении и кипении теплота поглощается, поэтому энтропия в этих процессах возрастает: Sтв <Sж <Sг. Если n1 молей одного газа, занимающего объем V1, смешиваются с n2 молями другого газа, занимающего объем V2, то общий объем будет равен V1 V2, причем газы расширяются независимо друг от друга и общее изменение энтропии равно сумме изменений энтропии каждого газа: (27) где xi - мольная доля i-го газа в полученной газовой смеси.В современном обществе трудно найти хотя бы одну область человеческой деятельности, которая не требовала бы - прямо или косвенно - больше энергии, чем ее могут дать мускулы человека. В соответствии с различными формами движения материи рассматривают различные формы энергии: механическую, электромагнитную, ядерную и др. Так, химическая энергия складывается из кинетической энергии движения электронов и электрической энергии взаимодействия электронов друг с другом и с атомными ядрами. Понятие энтропия, как показал впервые энтропию Шредингер (1944), существенно и для понимания явлений жизни. Живой организм с точки зрения протекающих в нем физико-химических процессов можно рассматривать как сложную открытую систему, находящуюся в неравновесном, но стационарном состоянии.