Warum ist eine Berechnung der Entropieänderung praktisch sinnvoll?

Entropie ist ein Ausgangspunkt für viele Bücher über fortgeschrittene theoretische statistische Mechanik, aber abgesehen davon, dass sie nur negativ oder positiv ist, was sagt sie Ihnen eigentlich? Was sagt Ihnen insbesondere das Ausmaß der Veränderung?

Zum einen sagt es Ihnen, ob ein Prozess irreversibel ist, die aufgrund des irreversiblen Prozesses erzeugte Entropie führt dazu, dass weniger Energie zur Erzeugung von Netzwerken zur Verfügung steht, verglichen mit einem reversiblen Prozess, bei dem keine Entropie erzeugt wird. Je größer die Größe der erzeugten Entropie ist, desto weniger Energie steht zur Erzeugung von Netzwerk zur Verfügung.

Für den 1. Hauptsatz kann eine Berechnung der Energieänderung dazu führen, dass wir Arbeit und Wärme kennen, was sehr praktische Dinge sind, weil ich so Dinge in Bewegung setzen kann.

Richtig, aber der erste Hauptsatz ist nur eine Aussage über die Energieerhaltung. Sie sagt uns nicht, in welche Richtung Prozesse gehen können. Beispielsweise schließt der erste Hauptsatz (Energieerhaltung) nicht die Möglichkeit aus, dass Wärme auf natürliche Weise von einem Körper mit kalter Temperatur auf einen Körper mit hoher Temperatur übertragen wird, obwohl dies in der Natur noch nie beobachtet wurde. Nur das zweite Gesetz schließt diese Möglichkeit aus.

Aber eine Entropieberechnung sagt mir nur etwas über die reversible Wärme, die von einem Reservoir bei der Temperatur T absorbiert wird. Wenn ich also nicht die tatsächliche Temperatur kenne, wie ist dies dann ein nützlicher Parameter für eine Berechnung?

Bei der Entropieberechnung geht es beim Wärmeübergang immer um die Temperatur an der Grenze zwischen System und Umgebung. Falls die Umgebung ein Wärmereservoir ist, ist diese Temperatur die Temperatur des Wärmereservoirs.

Mein Verdacht ist, dass die Entropieänderung für einen Ingenieur nützlich ist, um zu wissen, wie viel maximale / minimale Arbeit aus einem zyklischen Prozess erzeugt werden kann, aber ich bin mir nicht ganz sicher, wie ich dies mit den thermodynamischen Gleichungen zeigen soll, also würde mich interessieren, wie dies kann angezeigt werden.

In den meisten Fällen, in denen es für einen reversiblen und irreversiblen Weg möglich ist, denselben mit Gleichgewichtszuständen zu verbinden, ist Ihr Verdacht richtig. Ein Beispiel, das ich in einem Ihrer vorherigen Posts bereitgestellt habe und einen reversiblen isothermen Pfad mit einem irreversiblen isothermen Pfad zwischen denselben beiden Gleichgewichtsendzuständen vergleicht, veranschaulicht dies. Siehe die Abbildung unten.

Offensichtlich ist die für den reversiblen isothermen Prozess geleistete Arbeit (Fläche unter der PV = konstante Kurve) größer als die für den irreversiblen isothermen Prozess geleistete Arbeit (Fläche unter der konstanten externen Druckkurve).

Hoffe das hilft.

Als Chemieingenieur sehe ich das aus einer ganz anderen Perspektive. Entropie und Entropieänderung sind ein kritischer Teil der Definition und Änderung der freien Gibbs-Energie. Die freie Gibbs-Energie ist die Grundlage in der Verfahrenstechnik, um nicht nur zu beurteilen, ob ein mechanischer Prozess oder eine Arbeit durchgeführt werden kann. Es ist entscheidend für die Quantifizierung des Verhaltens von Mischungen chemischer Spezies. Dies ist äußerst wichtig, um zum Beispiel die Gleichgewichtswechselwirkungen und Konzentrationen chemischer Spezies im Mehrkomponenten-Phasengleichgewicht zu beziffern. Es ermöglicht uns, die Gleichgewichtskonzentrationen chemischer Spezies im Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewicht bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck zu bestimmen. Es ermöglicht auch die Quantifizierung der Gleichgewichtskonzentrationen in einem chemischen Reaktor ausgehend von einem Nichtgleichgewichtszustand.