Entropieänderung in einem irreversiblen Prozess

Was Sie sagen, ist richtig: ein reversibler und adiabatischer Prozess zwischen zwei Zuständen,$A$Und$B$, ändert weder die Entropie des Systems noch seiner Umgebung (Umgebung). Ein irreversibler und adiabatischer Prozess zwischen zwei Zuständen,$A'$Und$B'$, erhöht die Entropie des Systems. Die beiden Aussagen werden in Einklang gebracht, indem beachtet wird, dass if$A=A'$Dann$B\ne B'$und umgekehrt.

Anders gesagt, ist ein irreversibler und adiabatischer Kreislauf unmöglich. Tatsächlich entspricht diese Aussage fast dem Axiom von Caratheodory (einer Standardformulierung des 2. Hauptsatzes), nämlich, dass es in jeder Umgebung eines Zustands Zustände gibt, die über einen rein adiabatischen Prozess nicht zugänglich sind.

Die scheinbare Einseitigkeit davon ist eine Verbalisierung der Zunahme der Entropiefunktion, deren Existenz eine mathematische Folge derselben ist. Sie können die physikalische Intuition einer Entropieerhöhung als Manifestation der überschüssigen Arbeit spüren, die aufgewendet wird, um die Irreversibilität des Prozesses zum Erreichen eines bestimmten Zustands zu kompensieren.

Es gibt eine allgemeine Formel, um die Entropieänderung zwischen zwei Zuständen zu erhalten,$A$Und$B$, eines Systems, das ist:

$$\begin{equation} \Delta S_{A \rightarrow B} = \int_{\Gamma^{rev}(A \rightarrow B)} \: \frac{\delta Q_{rev}(\Gamma)}{T} \end{equation}$$

Diese Formel besagt, dass die Variation der Entropie eines Systems zwischen den Zuständen$A$Und$B$kann immer (auch für irreversible "echte" Transformationen) durch das Integral von erhalten werden$\delta Q_{rev}/T$entlang jedem reversiblen Pfad, der von geht$A$Zu$B$.

Beispielsweise kann der Pfad eine Kombination aus isothermen, isobaren und isothermen Transformationen sein; es spielt keine Rolle, wie lange der Weg ab geht$A$Zu$B$.

Betrachtet man einen Anfangszustand$A$das erfährt entweder:

• eine reversible adiabatische Umwandlung in einen Zustand$B_r$

• eine irreversible adiabatische Umwandlung in einen Zustand$B_i$

Dann, durch die Definition der Begriffe reversible und irreversible und die Tatsache, dass die Entropie eine Zustandsfunktion ist, wissen Sie das (wie von user31748 betont).$B_r$muss ein anderer Zustand sein als$B_i$.

Das ist die eigentliche Natur der realen Transformation (in Ihrem Beispiel ist es oft eine monobare und adiabatische Transformation), dass Sie den Zustand herausfinden können$B_i$und sehen, wie unterschiedlich es von ist$B_r$.

Insbesondere können Sie in der obigen Formel sehen, dass die Variation der Entropie zwischen einer isobaren und adiabatischen Transformation im Vergleich zu einer monobaren und adiabatischen Transformation genau ist:

$$\begin{equation} \Delta S_{A \rightarrow B_i} = \Delta S_{B_r \rightarrow B_i} \int_{\Gamma^{rev}(B_r \rightarrow B_i)} \: \frac{\delta Q_{rev}(\Gamma)}{T} \end{equation}$$

für jeden reversiblen Pfad, der von ausgeht$B_r$Zu$B_i$.

Aber wenn ich es durch einen adiabatischen reversiblen Prozess in den gleichen Zustand bringe wie im irreversiblen Prozess,

Sie gehen davon aus, dass dies möglich ist, aber es ist niemandem gelungen. Wenn jemand dies tun würde, würde dies aus dem von Ihnen genannten Grund dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik widersprechen.

Entropie ist eine Zustandsfunktion, richtig! Aber die Entropie selbst hängt davon ab, wie Sie zu diesem Zustand (Endzustand) gekommen sind.

In der Thermodynamik wird die Entropie als Wärmequalität (Heißheit/Kälte) betrachtet, während die Temperatur als Menge/Grad der Wärme (Heißheit/Kälte) betrachtet wird.

Die reversiblen Prozesse (und adiabat, dh kein Wärmeaustausch) beeinträchtigen nicht die interne Struktur und die Wahrscheinlichkeit der Vorhersagbarkeit der Zustände jedes Moleküls des Systems.

Während die irreversiblen Prozesse definitiv die interne Struktur der Zustände/Positionen der Moleküle des Systems modifizieren (oder man möchte vielleicht sagen, dass die Moleküle, nachdem sie irreversibel verarbeitet wurden, nicht mehr so ​​sehr vorhersagbar bleiben). Aus diesem Grund werden solche Prozesse überhaupt als irreversibel bezeichnet.

Das Konzept der Entropie ist nicht intuitiv. Betrachten Sie jedoch beispielsweise eine Klimaanlage, so werden Sie in den Verdampferlamellen der Klimaanlage feststellen, dass hauptsächlich Entropie ausgetauscht wird, nicht Temperatur. Da Entropie ausgetauscht wird (Entropie wird quasi vom Kältemittel aus der Raumluft angesaugt), sinkt automatisch die Temperatur der Raumluft und die des Kältemittels (Arbeitsmedium) steigt. Kältemittel in kühler flüssiger Form wird überhitzt (weil es Entropie aus dem Raum angesaugt hat). Dieser einzelne Prozesszweig (aus dem gesamten Kältekreislauf) ist isotherm, dh temperaturkonstante. Aber gleichzeitig tut die Entropie ihr Ding und kühlt die Raumluft ab.

Obwohl dieses Beispiel vielleicht nicht das perfekte Beispiel ist, hat es mir gut geholfen, das Konzept der Entropie zu verstehen. Ich kann jetzt verstehen, dass es nicht nur die Temperatur (Menge/Grad der Hitze/Kälte) gibt, sondern auch die Entropie (Qualität der Hitze/Kälte).

Lassen Sie es mich in einfachen Worten ohne Gleichungen erklären.

Wenn Sie ein geschlossenes System in Zustand A haben, müssen Sie Energie aufwenden, um es in Zustand B umzuwandeln. Wenn der Prozess des Wechsels von Zustand A nach B keine Energie erfordern würde, wäre das System bereits in Zustand B.

Wenn Sie nun das System im Zustand B haben und es wieder in den Zustand A zurückversetzen wollen, müssen Sie dafür wieder Energie aufwenden.

Dieser Energieaufwand zur Änderung des Systemzustands erhöht die Entropie. Je weniger Energie aufgebracht wird, desto kleiner ist die Änderung der Entropie, aber da Sie immer Energie aufwenden müssen, wenn auch nur sehr wenig, ändert sich die Entropie damit.