Понятию "энтропия" часто приписывается какое-то мистическое, философское, сакральное значение. А между тем она является рутинным элементом теплотехнических расчетов. Ничего таинственного, как сказал герой одной песни Владимира Высоцкого: - "И, кроме мордобития, никаких чудес".
Каждое вещество, например, воздух или водяные пары, при определенном значении температуры и давления имеет определенное значение энтропии, так же как, например, определенное значение плотности вещества или теплоемкости. Что интересно, размерность энтропии такая же, как у теплоемкости - Джоуль/кг х град. Тогда чем она отличается от теплоемкости? Пусть и там и там прирост температуры 1 градус, с 300 К до 301 К при постоянном давлении, скажем, 1 атмосфера. Теплоемкость воздуха при этих условиях довольно точно равна 1 кДж/кг х град. Т.е для нагрева 1 кг воздуха на 1 градус нужно подвести 1 кДж. тепла. Это выражается простым соотношением Ср =dQ/dT, т.е делим прирост теплоты на прирост температуры, получаем теплоемкость.
Для определения прироста энтальпии нужно поделить прирост тепла не на прирост температуры, а на саму абсолютную температуру. Это записывается dS=dQ/T. Если прирост температуры одинаковый, на 1 град., одинаковым будет и прирост теплоты 1 кДж. Но если для теплоемкости делится на 1 град, то для энтропии делится на 300 град. При принятых условиях теплоемкость будет 1 КДж/кг град, а прирост энтропии dS = 1/300 кДж/кг х град. Чтобы поднять температуру еще на 1 градус, прирост теплоты делится уже на 301 град, и т.д.
Да, в термодинамике первоначально определяется не сама энтропия, а ее прирост. А когда энтропия равна нулю? А ноль энтропии определяется условно, как температура. Можно отсчитывать ее от абсолютного нуля, а можно от точки замерзания воды или от чего то еще. И ученые для разных веществ выполнили измерения и составили таблицы термодинамических свойств разных веществ при разных давлениях и температурах. Примерно такие:
Примерно как-то так. Здесь для каждого сочетания давления и температуры даются три величины: удельный объем (занимаемый 1 килограммом вещества, энтропия s и еще энтальпия h. (после скажу, что это такое)
Кстати о птичках. Большой вклад в определение параметров многих веществ внес отец известного интеллектуала Анатолия Вассермана Александр Вассерман. Это делалось в Одесском институте инженеров морского флота. В Южной и Восточной Украине, в отличие от Галичины, долгое время после развала СССР сохранялся высокий уровень технического образования. Я слышал выступление ректора Старо-Оскольского технологического института на 25-летии института. Он поведал, что при образовании ВУЗа были проблемы с преподавательским составом. А тут на Украине начали через колено ломать образование, переводить на украинский язык. И многие профессора из Харькова, Днепропетровска, Донецка уехали в Россию, таким образом решив кадровые проблемы многих наших вузов. Я читал научные статьи на украинском языке, там от смеха уписаться можно. Ну например, "компресор высокого тыску". Тыск - оказывается, давление, от слова "тискать". Вообще-то научная терминология устанавливается, устаканивается в языке на протяжении десятков и сотен лет, а тут ее искусственно внедряют на "мове"... И получается перл типа: вертолет - "Гвинтокрыл" или "Гэликоптер"
Но я отвлекся. Что такое энтальпия? Предварительно рассмотрим такое понятие -"внутренняя энергия" -энергия, связанная только с тепловым движением молекул БЕЗ СОВЕРШЕНИЯ РАБОТЫ. Если нагреть тело при постоянном объеме, тепловая энергия, пошедшая на увеличение температуры, и будет означать прирост внутренней энергии. Давление повысится, но никакой работы тело не совершит. А если прирост внутренней энергии рассчитать на 1 кг и на 1 градус, будет ТЕПЛОЕМКОСТЬ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ Сv.
Представим себе цилиндр с поршнем, в которой содержится газ под некоторым давлением. Если сжимать газ, его давление и температура повысится. Если предоставить газу возможность расширяться, поршень может совершить работу. Если теплообмен с внешней средой отсутствует, работа будет в точности равна приросту внутренней энергии.
Но этот процесс не будет завершенным, будь то речь идет о двигателе или просто компрессоре. Ведь чтоб процесс шел непрерывно, много циклов, нужно рабочее тела сперва затолкать, а потом сжатое тело вытолкать. Работа всасывания и выталкивания равно произведению давления на удельный объем PxV Вот сумма внутренней энергии U с этим произведением и есть энтальпия: h=U+PxV. Именно эта величина и приведена в таблице (см.выше). Разница энтальпий входа и выхода и есть техническая работа.
Зачем нужны такие таблицы, как показано выше? Если свойства газа близки к идеальному, можно расчеты двигателей провести по формулам. Но если имеются, например, высокие давления, приходится считать по таблицам.
Что касается пресловутого роста энтропии, это не слишком сложно, сама величина энтропии определяется так, чтобы в процессе теплообмена сумма энтропий возрастала. Пусть имеются два тела, для простоты одной массы и одинаковой теплоемкости, с температурой, например, 290 и 310 К. После соприкосновения и выравнивания температур температура объединенного тела будет 300 К. Пусть от более теплого тела передано количество тепла, например, 50 кДж. Соответственно более холодное тело получит те же 50 кДж, по закону сохранения тепла.
Изменение энтропии оценим приближенно, по средней температуре. Изменение при остывании 50 кДж/295К. При нагреве - 50 кДЖ/305 К. Здесь элементарно: Больше будет та величина ОДИНАКОВОГО ТЕПЛА, которая делится на меньшую температуру. Поэтому 50/395 - 50/305 будет больше нуля. Так что разводить мистику ни к чему.
а вот чемпионы в части разведения мистики, журналистской шумихи, уток, развесистой клюквы - безусловно, американцы - как же без них. И если быНикола Тесла жил не в Америке, а, например,в СССР - никаких сенсаций не было бы. немного скучнее, но зато без неоправданных антинаучных ожиданий. В заключение пару карикатур по близкой тематике. Кстати если вечный двигатель невозможен, вечный тормоз не только возможен, но и неизбежен
Подпишитесь на канал,
чтобы не пропустить новые публикации