I.18.5. Relația lui Clausius pentru procese ireversibile. Extindere

🔦 Observație

Toate procesele din natură sunt ireversibile, adică se desfășoară într-un anumit sens și nu se pot desfășura fără intervenție din afară în sens opus.

📚

Semnul egal se referă la ciclul reversibil, iar semnul mai mic se referă la ciclul ireversibil.

Cele două generalizări pot fi grupate într-una singură:

Semnul egal se referă la ciclul reversibil, iar semnul mai mic se referă la ciclul ireversibil.

Cazuri particulare:

• În procesele adiabatice reversibile: ΔS_{rev., adiabatic} = 0 (Entropia este constantă).

• În procesele adiabatice ireversibile: ΔS_{irev., adiabatic} > 0 (Entropia crește).

📚

Principiul creșterii entropiei:

Într-un proces adiabatic, entropia unui sistem crește sau rămâne constantă:

ΔS_adiabatic ≥ 0

🔦 Observație

• Principiul creșterii entropiei indică sensul evoluției sistemelor izolate adiabatic și confirmă că niciodată aceste sisteme nu vor evolua astfel încât entropia lor să scadă.

  • Dacă variația entropiei este mai mare decât zero, atunci sistemul primește căldură.
  • Dacă variația entropiei este mai mică decât zero, atunci sistemul cedează căldură.
  • Dacă variația entropiei este zero, atunci sistemul nu efectuează schimb de căldură cu exteriorul și procesul este adiabatic reversibil sau izentrop (entropie constantă).

• Fenomenele naturale sunt ireversibile și decurg într-un singur sens și au loc cu creșterea entropiei sistemului. Deci procesele reale din natură au loc de la sine, în sensul creșterii entropiei sistemului izolat.

• Variația entropiei unui sistem în timpul unei transformări are două cauze : crearea entropiei datorită naturii ireversibile a transformării, ori schimbul de entropie între sistem și mediul exterior prin transfer termic.

• Dacă în starea inițială sistemul se află în echilibru termodinamic intern, entropia rămâne constantă în timp.

• Dacă în starea inițială sistemul se află în neechilibru termodinamic intern, în sistem se desfășoară procese spontane ireversibile care tind să aducă sistemul în stare de echilibru termodinamic. În acest caz entropia va crește spre o valoare maximă. După stabilirea echilibrului nu se mai poate produce transformarea căldurii în lucru mecanic, deoarece lipsesc sursele de temperaturi diferite. Prin creșterea entropiei sistemului izolat se reduce capacitate de producere a lucrului mecanic, deci energia internă se degradează. Dar entropia unui sistem nu crește la infinit, ci până la o valoare maximă de atingere a unei stări de echilibru din care nu poate ieși decât în urma unei acțiuni din exterior.

• În ciocnirile neelastice, energia mecanică se transformă în energie internă, fiind un proces de trecere a unui ansamblu de particule de la o stare de probabilitate mai mică la o stare cu probabilitate mai mare (are loc trecerea de la o mișcare dirijată a particulelor la o mișcare dezordonată a acestora). De exemplu, gazele și lichidele lăsate libere tind să se amestece, nu să se separe.