Să considerăm trei stări agregate: solide, lichide și gazoase și două tranziții la ele.
Faza de tranziție "solid-lichid"
De la cursul de fizică al școlii, sunt cunoscute patru fapte despre această tranziție.
Faptul 1: trecerea unei substanțe dintr-o stare solidă (fază) într-un lichid se numește fuziune. iar cea inversă - prin cristalizare.
Al doilea fapt: în timpul topirii, sistemul absoarbe căldura și, atunci când se solidifică, dă căldură.
Al treilea fapt: în timpul topirii (cristalizarea) temperatura sistemului rămâne constantă până când întregul sistem se topește. Această temperatură se numește punctul de topire.
Faptul patru: legea topirii: cantitatea de căldură δQ, necesară pentru topirea unei substanțe de masă dm, este proporțională cu această masă:
Coeficientul de proporționalitate λ este o constantă care depinde numai de substanța sistemului și se numește căldura specifică de fuziune.
Această lege este valabilă și pentru cristalizare, deși cu o singură diferență: δQ în acest caz este căldura eliberată de sistem. Prin urmare, într-o formă generalizată, legea poate fi scrisă:- în timpul topirii:
- în timpul cristalizării:
Acest lucru este destul de aproximare acceptabilă, în cazul în care se presupune că diferența de temperatură dintre sistem și obiect, care furnizează căldură în sistem nu este prea mare, mult mai mică decât temperatura de topire. Apoi, puteți utiliza sensul termodinamică a entropiei: în ceea ce privește termodinamicii, entropia - este o funcție a stării sistemului, care se schimbă în dS porțiunile de proces de echilibru elementare egal cu raportul dintre dq de căldură. pe care sistemul îl primește în acest proces, la temperatura sistemului T.
Din această formulă rezultă că, atunci când topirea entropia crește și descrește în timpul cristalizării. Semnificația fizică a acestui rezultat este destul de clar: regiunea de fază a moleculei în stare solidă este mult mai mică decât în lichid, ca într-un solid fiecare moleculă este disponibilă numai într-o mică regiune de spațiu între nodurile adiacente ale rețelei cristaline și moleculele de fluid ocupă întreaga suprafață a spațiului. Prin urmare, atunci când o temperatură egală cu entropia unui corp rigid este mai mică decât entropia fluidului. Aceasta înseamnă că un solid este un sistem mai ordonat și mai puțin haotic decât un lichid.
Transformarea de fază lichid-gaz
Această tranziție are toate proprietățile tranziției "solid-lichid".
Există patru fapte familiare de la cursul de fizică al școlii.
Faptul 1: trecerea unei substanțe dintr-un lichid într-o fază gazoasă se numește evaporare, iar tranziția inversă este condensarea.
Al doilea fapt: în timpul evaporării, sistemul absoarbe căldura, în timpul condensării pierde.
Al treilea fapt: evaporarea și condensarea are loc într-o gamă largă de temperaturi, dar ele sunt faze de tranziție numai atunci când procesul surprinde întreaga masă a substanței. Aceasta se întâmplă la o anumită temperatură Tc. care se numește punctul de fierbere. Pentru fiecare substanță, punctul de fierbere este diferit. In timpul fazei de tranziție „lichid - temperatura gazului rămâne constantă și egală cu punctul de fierbere până când întregul sistem nu va trece de la o etapă la alta.
Al patrulea fapt: legea evaporării: cantitatea de căldură ΔQ necesară pentru evaporarea unei substanțe cu masa dm și care este proporțională cu această masă:
Coeficientul de proporție r în această expresie este o constantă, în funcție de substanța sistemului, numită căldura specifică de evaporare.
Această lege este valabilă și pentru condensare, deși cu o diferență: δQ în acest caz este căldura emisă de sistem. Prin urmare, legea evaporării poate fi scrisă într-o formă generală:
unde semnul plus se referă la evaporare, iar semnul minus se referă la condensare.
Utilizarea entropiei în acest proces poate fi găsită pur și simplu prin considerarea procesului a fi un proces de echilibru. Din nou, aceasta este o aproximare perfect permisă, cu condiția ca diferența de temperatură dintre sistem și "furnizor" de căldură să fie mică, adică mult mai puțin decât punctul de fierbere. atunci
Rezultă din (6.3.4) că evaporarea crește entropia și scade cu condensare.
Semnificația fizică a acestui rezultat este regiunile de diferență de fază a moleculei în lichid și gaz. Deși lichid și gaz fiecare moleculă să aibă acces la toată regiunea spațiului ocupat de sistem, dar chiar în acest domeniu de lichid este substanțial mai mică decât pentru gaz. Într-un fluid, forțele de atracție dintre molecule le păstrează la o anumită distanță unul față de celălalt. Prin urmare, cu toate că fiecare moleculă și este liber să migreze prin regiunea spațiului ocupat de fluid, dar nu este în măsură să „rupă de colectiv“ alte molecule: aceasta ar trebui să vină de pe o moleculă este atras imediat la fiecare. Prin urmare, volumul de lichid depinde de cantitatea și nu este legată de volumul vasului.
Moleculele gazului se comportă diferit. Ei au mult mai multă libertate, distanța medie dintre ele este de așa natură încât forțele de atracție sunt foarte mici și moleculele "se notează unii pe alții" numai în coliziuni. Ca urmare, gazul ocupă întotdeauna întregul volum al vasului.
Prin urmare, la temperaturi egale, regiunea de fază a moleculelor de gaz este mult mai mare decât regiunea de fază a moleculelor lichide, iar entropia gazului este mai mare decât entropia lichidului. Gazul, în comparație cu lichidul, este un sistem mult mai puțin ordonat și mai haotic.
Schimbarea entropiei în izoprocese Modificări ale entropiei pentru procesele reversibile și ireversibile