Bài giảng Sinh Lý sinh Bài 4 Entropy và nguyên lý tăng Entropy ThS. Nguyễn Khắc Điền

HỌC VIỆN Y – DƯỢC HỌC CỔ TRUYỀN VIỆT NAM
BỘ MÔN SINH – LÝ SINH

Bài
Bài 44
ENTROPY
ENTROPY
VÀ
VÀ NGUYÊN
NGUYÊN LÝ
LÝ TĂNG
TĂNG ENTROPY
ENTROPY
Giảng viên: ThS Nguyễn Khắc Điền
Email:
Điện thoại: 0904005714


NỘI
NỘI DUNG
DUNG BÀI
BÀI GIẢNG
GIẢNG
I.I. Biểu
Biểu thức
thức định
định lượng
lượng của
của Nguyên
Nguyên lý
lý thứ

thứ II.
II.
II.
II. Hàm
Hàm entropy
entropy và
và nguyên
nguyên lý
lý tăng
tăng entropy.
entropy.
III.
III. Entropy
Entropy và
và nguyên
nguyên lý
lý thứ
thứ II
II của
của nhiệt
nhiệt động.
động.
V.
V. Ý
Ý nghĩa
nghĩa của
của entropy.
entropy.
VI.
VI. Bài

Bài tập
tập trắc
trắc nghiệm.
nghiệm.


I.I. Biểu
Biểu thức
thức định
định lượng
lượng của
của Nguyên
Nguyên lý
lý thứ
thứ II.
II.
Từ các biểu thức về hiệu suất của động cơ nhiệt
và động cơ Carnot ta có:

Tổng đại số của đại lượng Q/T trong chu trình
Carnot là bằng không.


I.I. Biểu
Biểu thức
thức định
định lượng
lượng của
của Nguyên
Nguyên lý

lý thứ
thứ II.
II.
Từ các
Xét
mộtbiểu
chu trình
thức thuận
về hiệu
nghịch
suất bất
củakỳ.
động cơ nhiệt
và Pđộng cơ Carnot ta có: P

V
V
Các Q/T
cặp hai
đườngchu
đẳngtrình
nhiệt
Một
chuđại
trìnhsố
thuận
nghịch
Tổng
của
đại bất

lượng
trong
kỳ có thể coi như được tạo được thực hiện hai lần theo hai
Carnot
là
bằng
không.
thành từ một số rất lớn các chu chiều ngược nhau nên khử
trình Carnot nguyên tố.

nhau.


I.I. Biểu
Biểu thức
thức định
định lượng
lượng của
của Nguyên
Nguyên lý
lý thứ
thứ II.
II.
Xét một chu trình thuận nghịch bất kỳ.
P
P

V
Một chu trình thuận nghịch bất
kỳ có thể coi như được tạo

thành từ một số rất lớn các chu
trình Carnot nguyên tố.

V
Các cặp hai đường đẳng nhiệt
được thực hiện hai lần theo hai
chiều ngược nhau nên khử
nhau.


I.I. Biểu
Biểu thức
thức định
định lượng
lượng của
của Nguyên
Nguyên lý
lý thứ
thứ II.
II.
Xét một chu trình thuận nghịch bất kỳ.
P đại số của đại lượng Q/T
P bằng không trong
Tổng
các chu trình thuận nghịch bất kỳ.
Nếu chu trình không thuận nghịch thì:

Biểu thức định lượngVtổng quát của nguyên lý V
II:

II.
II. Hàm
Hàm entropy
entropy và
và nguyên
nguyên lý
lý tăng
tăng entropy.
entropy.
1. Hàm entropy.
Điều kiện chứng tỏ một đại lượng x nào đó là biến
số trạng thái là:

dQ/T là vi phân của một hàm trạng thái nào đó,
hàm mới này gọi là entropy của một hệ và ký hiệu
là chữ S

Trong hệ SI đơn vị của entropy là J/K


II.
II. Hàm
Hàm entropy
entropy và
và nguyên
nguyên lý
lý tăng
tăng entropy.
entropy.

1. Hàm entropy.
Điềumột
Xét
kiệnchu
chứng
trình
tỏ một
thuậnđại lượng x nào đó là biến
nghịch
số
trạngđược
thái là:
tạo thành từ
hai quá trình thuận
nghịch a1b và b2a
dQ/T là vi phân của một hàm trạng thái nào đó,
hàm mới này gọi là entropy của một hệ và ký hiệu
là chữ S

Trong hệ SI đơn vị của entropy là J/K


II.
II. Hàm
Hàm entropy
entropy và
và nguyên
nguyên lý
lý tăng
tăng entropy.

entropy.
1. Hàm entropy.
Xét một chu trình thuận
nghịch được tạo thành từ
hai quá trình thuận
nghịch a1b và b2a

Độ biến thiên entropy chỉ phụ thuộc vào entropy
của trạng thái đầu a và trạng thái cuối b của hệ.


II.
II. Hàm
Hàm entropy
entropy và
và nguyên
nguyên lý
lý tăng
tăng entropy.
entropy.
1. Hàm entropy.

Entropy của một trạng thái
có thể xác định sai kém
nhau một hằng số.
Độ biến thiên entropy chỉ phụ thuộc vào entropy
của trạng thái đầu a và trạng thái cuối b của hệ.


II.

II. Hàm
Hàm entropy
entropy và
và nguyên
nguyên lý
lý tăng
tăng entropy.
entropy.
2. Nguyên lý tăng entropy.
Quá trình thuận nghịch (quá trình không có
ma sát).

Entropy của hệ có thể tăng, giảm hoặc không đổi.
Nhưng entropy của hệ cộng môi trường giữ
nguyên không đổi.


II.
II. Hàm
Hàm entropy
entropy và
và nguyên
nguyên lý
lý tăng
tăng entropy.
entropy.
2. Nguyên lý tăng entropy.
nghịch.
Quá trình
trình không

thuậnthuận
nghịch
(quá trình không có
ma sát).
Ví dụ: Xét sự dãn nở của khí lý tưởng vào chân
không trong bình cách nhiệt.
Khí dãn nở vào chân không nên A = 0.
Bình cách
Entropy
của
nhiệt
hệ có
vớithể
môităng,
trường
giảm
nênhoặc
Q =không
0
đổi.
Vậy: ∆S entropy
Nhưng
= 0.
của hệ cộng môi trường giữ
Kết luậnkhông
nguyên
này sai
đổi.vì đối với quá trình không thuận
nghịch, biến thiên entropy không thể bằng không.

II.
II. Hàm
Hàm entropy
entropy và
và nguyên
nguyên lý
lý tăng
tăng entropy.
entropy.
2. Nguyên lý tăng entropy.
Quá trình không thuận nghịch.
Ví dụ: Xét sự dãn nở của khí lý tưởng vào chân
không trong bình cách nhiệt.
∆U = 0
Theodãn
nguyên
kýchân
thứ nhất
A=
0; A
Q == 0.
0
Khí
nở vào
không
nên
Bình
cách
nhiệt

với
môi
trường
nên
Q
=
0
Tính sự biến thiên của entropy trong quá trình
Vậy:
∆S
=
0.
thuận nghịch nào đó có trạng thái đầu và trạng
Kết
luận
này
sai
vì
đối
với
quá
trình
không
thuận
thái cuối trùng với trạng thái đầu và trạng thái
nghịch,
biến
thiên
entropy
không

thể
bằng
không.
cuối của quá trình dãn khí vào chân không.


II.
II. Hàm
Hàm entropy
entropy và
và nguyên
nguyên lý
lý tăng
tăng entropy.
entropy.
2. Nguyên lý tăng entropy.
Quá trình không thuận nghịch.
Ví dụ: Xét sự dãn nở của khí lý tưởng vào chân
không trong bình cách nhiệt.
Theo nguyên ký thứ nhất A = 0; Q = 0

∆U = 0

Tính
biến thiên của entropy trong quá trình
∆U = sự
0 (quá
trình này
là
thuận

nghịch
nào đó có trạng thái đầu và trạng
quá trình đẳng
thái
cuối
trùng
với
trạng
thái
đầu
và
trạng
thái
nhiệt)
cuối của quá trình dãn khí vào chân không.


II.
II. Hàm
Hàm entropy
entropy và
và nguyên
nguyên lý
lý tăng
tăng entropy.
entropy.
2. Nguyên lý tăng entropy.
Quá trình không thuận nghịch.
Ví dụ: Xét sự dãn nở của khí lý tưởng vào chân
∆U = 0trong

vậy Qbình
= A,cách
do đó:
không
nhiệt.
Theo nguyên ký thứ nhất A = 0; Q = 0
Công sinh ra trong quá trình đẳng nhiệt:
∆U = 0 (quá
trình này là
quá trình đẳng
nhiệt)

∆U = 0


II.
II. Hàm
Hàm entropy
entropy và
và nguyên
nguyên lý
lý tăng
tăng entropy.
entropy.
2. Nguyên lý tăng entropy.
Quá trình không thuận nghịch.
∆U = 0 vậy Q = A, do đó:
Công
trong
quá trình

Vì Vb sinh
> Va,ranên
entropy
tăng đẳng nhiệt:
Phát biểu nguyên lý:
Với quá trịnh nhiệt động thực tế xảy ra trong một
hệ cô lập, entropy của hệ luôn luôn tăng.


III.
III. Entropy
Entropy và
và nguyên
nguyên lý
lý thứ
thứ II
II của
của nhiệt
nhiệt
động.
động.
Theo phát biểu của Thomson về nguyên lý II:
Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại
hai.
Giả sử tồn tại động cơ vĩnh cửu loại hai:
Vì vậy tác nhân của động cơ chỉ nhận nhiệt từ một
nguồn nhiệt. Nguồn nhiệt này chính là môi trường
của hệ. Entropy của môi trường giảm sau một chu
kỳ. Điều này trái với nguyên lý tăng entropy.

III.
III. Entropy
Entropy và
và nguyên
nguyên lý
lý thứ
thứ II
II của
của nhiệt
nhiệt
động.
động.
Theo phát biểu của Thomson
Clausius về
vềnguyên
nguyênlýlýII:
II:
Khôngkhông
Nhiệt
thể chế
thểtạo
tự được
truyềnđộng
từ vật
cơ lạnh
vĩnh sang
cửu loại
vật
nóng hơn mà không kèm theo sự biến đổi nào cả.

hai.
Giả
cơ vĩnh
Giả sử
sử tồn
tồn tại
tại động
máy lạnh
vĩnhcửu
cửu:loại hai:
Vì
nhân
động
cơcửu
chỉ nhận
nhiệt từlàmột
Đốivậy
vớitác
máy
làmcủa
lạnh
vĩnh
môi trường
hai
nguồn
này
chính
là entropy
môi trường
nguồn nhiệt.

nhiệt Nguồn
T1 và Tnhiệt
.
Sự
biến
thiên
của
2
của
hệ.
Entropy
của
môi
trường
giảm
sau
một
chu
môi trường là:
kỳ. Điều này trái với nguyên lý tăng entropy.


III.
III. Entropy
Entropy và
và nguyên
nguyên lý
lý thứ
thứ II
II của

của nhiệt
nhiệt
động.
động.
Theo phát biểu của Clausius về nguyên lý II:
Nhiệt không thể tự truyền từ vật lạnh sang vật
nóng hơn mà không kèm theo sự biến đổi nào cả.
Giả sử tồn tại máy lạnh vĩnh cửu:
Đối với máy làm lạnh vĩnh cửu môi trường là hai
nguồn
T1 và
biến này
thiêncũng
entropy
2. Sự
Vì T1 >nhiệt
T2 nên
∆ST<
0. Điều
trái của
với
môi
trường
là: entropy.
nguyên
lý tăng


III.
III. Entropy

Entropy và
và nguyên
nguyên lý
lý thứ
thứ II
II của
của nhiệt
nhiệt
động.
động.
Nguyên
lý hai
thểClausius
phát biểu
cáchlýkhác:
Theo phát
biểucócủa
vềtheo
nguyên
II:
Nhiệt
không
thểcộng
tự truyền
từ vậthoặc
lạnhgiữ
sang
vật
Entropy
của hệ

môi trường
không
nóng
hơn tăng
mà không
biến động
đổi nào
cả.hệ
đổi hoặc
khi cókèm
quátheo
trìnhsựnhiệt
đưa
từ một trạng thái cân bằng này đến một trạng thái
cân bằng khác.
Vì T1 > T2 nên ∆S < 0. Điều này cũng trái với
nguyên lý tăng entropy.


IV.
IV. Ý
Ý nghĩa
nghĩa của
của entropy.
entropy.
Entropy là đại lượng chỉ hướng của thời gian.
Năng lượng của vũ trụ không thay đổi.
Entropy của vũ trụ luôn tăng.
Entropy là thước đo mức độ hỗn độn của
nguyên tử.

Khi entropy tăng thì mức độ hỗn độn của nguyên
tử cũng tăng.