Почему получение работы от системы не уменьшает ее энтропию?

В книге Дэниела Шредера «Тепловая физика» он отмечает, что по мере того, как энергия вкладывается в систему, ее энтропия увеличивается (в целом есть некоторые исключения, но для этого вопроса мы можем игнорировать это). Однако по мере того, как в систему вкладывается энергия, энтропия продолжает увеличиваться, но все меньше и меньше. Мы также определяем обратную зависимость изменения энтропии от изменения энергии как температуру системы:

1 Т "=" ∂ С ∂ U

Все это имеет смысл: объект с более низкой температурой — это объект, в котором увеличивается много энтропии, если к нему добавляется энергия, а объект с более высокой температурой — это объект, в котором теряется очень мало энтропии, если из него удаляется энергия. Отсюда легко понять, почему объект с более высокой температурой самопроизвольно отдает энергию объекту с более низкой температурой, если они находятся в тепловом контакте друг с другом.

Это также имеет смысл из интерпретации энтропии как числа «микросостояний» системы. Конечно, удаление энергии сделает микросостояние объекта с более высокой температурой более определенным (поскольку их теперь меньше), но получение этой энергии объектом с более низкой температурой добавит гораздо больше неопределенности в микросостояние, чем компенсирует потерянные микросостояния. в системе объекта с более высокой температурой.

Но если бы все это было правдой, то не имело бы значения, как энергия входит/выходит из моей системы. То есть не должно иметь значения, приходит/выходит ли энергия с тепловым потоком или над ней совершается работа. Конечно, мы можем видеть в приведенной выше формуле для температуры, что температура зависит от того, как энтропия С изменяется при изменении энергии системы U . Нет ссылки на Вопрос , теплота, переданная системе либо в формуле, либо в приведенной выше интерпретации энтропии.

Вот почему меня смущает, когда он говорит о тепловых двигателях. Шредер пытается определить максимальный КПД тепловой машины, отводящей тепло. Вопрос час из горячего резервуара тушит работу Вт и сбрасывает тепло Вопрос с как отходы. Начнем с определения эффективности. е "=" Вт / Вопрос час он вводит два ограничения. Первое ограничение вытекает из Первого закона термодинамики и имеет смысл:

Вопрос час "=" Вопрос с + Вт

Второе ограничение исходит из Второго закона и сбивает меня с толку:

Вопрос с Т с ≥ Вопрос час Т час

Почему нет термина для какой-либо энтропии, выполненной при выполнении работы в системе? Другими словами, почему ограничение второго закона не таково:

Вопрос с Т с + Вт Т ? ≥ Вопрос час Т час

(Я полагаю Т ? будет температура двигателя, между Т с и Т час , когда он выполняет работу.)

Но ограничение не записано таким образом, так почему же получение работы от системы не уменьшает ее энтропию??

Т ? "=" ∞
Тем не менее, мы сказали, что это Т ? должно быть между Т с и Т час ... @hyportnex
действительно, вы сказали это, но это неправильно
Я знаю, что что-то не так (либо это, либо я просто уловил то, что пропустили все, кто когда-либо брал тему)... Я просто пытаюсь понять, почему это неправильно. В любом случае, поскольку он расположен между двумя резервуарами тепла, температура машины всегда должна быть между Т с и Т час . Согласны ли вы с этим, или это та часть, которая неверна? @hyportnex
В вашем примере есть три источника энергии (стока): два тепловых резервуара и один рабочий резервуар. Их температуры, что бы ни означал этот термин «температура» для источника энергии, не зависят друг от друга; нет естественного упорядочения этих температур, если нет потока тепла (энтропии и энергии) от одного к другому без выполнения работы. Поскольку рабочий резервуар передает энергию и нулевую энтропию (обратимый процесс), его температуру можно принять равной ∞ .

Ответы (1)

Не ВСЯКОЕ изменение внутренней энергии системы соответствует изменению ее энтропии. Это важно для данной проблемы, поскольку работа — это именно изменение энергии, которое не соответствует изменению энтропии.

Приведенная выше формула для температуры несколько вводит в заблуждение, поскольку вы не замечаете, что остается постоянным во время частной производной. Очень важно, чтобы все внешние переменные, такие как объем, оставались постоянными. Это ограничивает изменение энергии только теплом, что и делает г С "=" г Вопрос / Т а не какие-то старые г U / Т . Изменение объема приведет к изменению энергии, не связанному с изменением энтропии, т.е. к работе.

Второй закон учитывает только изменение энтропии, а не общее изменение энергии. Таким образом, добавление + Вт / Т термин неуместен - это ввело бы термин, который отслеживает что-то, не связанное с изменением энтропии, работой.

Спасибо за ваш ответ... Вы утверждаете, что "изменение объема приведет к изменению энергии, не связанному с изменением энтропии", однако сжатие газа должно повышать его температуру, и не должна ли вся эта энергия означать, что есть большая неопределенность состояния газа (следовательно, увеличение энтропии)? Кроме того, разве термодинамическая идентичность не г С "=" п / Т г В (все, кроме объема, остается постоянным) показать, что изменение объема чего-либо может увеличить его энтропию? @PhysicsTeacher
Температура не то же самое, что энтропия. Рассмотрим цикл Отто ( en.wikipedia.org/wiki/Otto_cycle ). Он имеет два такта сжатия/расширения, которые являются изэнтропическими: энтропия не меняется, хотя объем и температура меняются. Обратите внимание, что изменение объема МОЖЕТ привести к увеличению энтропии, особенно если оно быстрое. Термодинамическая идентичность, которую вы утверждаете, сохраняется только при постоянной внутренней энергии. В целом г С "=" 1 Т ( п г В + г U ) . Медленное сжатие приведет к г U "=" − п г В так что г С "=" 0 .
Ничего себе, так что ответ таков, что когда работа выполняется в системе посредством сжатия, дополнительная энтропия, полученная всей этой дополнительной энергией (больше неопределенности скорости) в системе, точно компенсируется меньшим пространством (меньше неопределенность положения). Действительно удивительно, что два конкурирующих процесса точно нейтрализуют друг друга, поскольку увеличение/уменьшение энтропии происходит посредством двух, казалось бы, не связанных между собой процессов — один из которых представляет собой увеличение неопределенности скорости, а другой — уменьшение неопределенности положения. Не имеет значения и форма контейнера. @PhysicsTeacher
Обратите внимание, что это идеализация - это верно для квазистатического процесса, но на практике у вас будет конечная скорость, а также необратимость и накопление энтропии в некоторой степени. Кроме того, это неверно для некоторых случаев, см. «квантовую адиабатическую теорему» и «пересечение уровней».
Почему получение работы от системы не уменьшает ее энтропию?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v