Entropie

Physics I

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Overview

Quelle: Ketron Mitchell-Wynne, PhD, Asantha Cooray, PhD, Department of Physics & Astronomie, School of Physical Sciences, University of California, Irvine, CA

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik ist ein Grundgesetz der Natur. Es besagt, dass die Entropie eines Systems immer erhöht sich im Laufe der Zeit oder im Idealfall konstant bleibt, wenn ein System in einen stabilen Zustand oder in einem "reversibler Prozess." Wenn das System einen unumkehrbaren Prozess unterzogen wird, wird die Entropie des Systems immer erhöht. Dies bedeutet, dass die Änderung der Entropie, ΔS, immer größer oder gleich Null ist. Die Entropie eines Systems ist ein Maß für die Anzahl der mikroskopische Konfigurationen, die das System erreichen kann. Gas in einem Behälter mit bekanntem Volumen, Druck und Temperatur können z. B. eine enorme Anzahl von möglichen Konfigurationen der einzelnen Gasmoleküle. Wenn der Container geöffnet wird, die Gasmoleküle entkommen und die Anzahl der Konfigurationen steigt dramatisch, im wesentlichen nähert sich unendlich. Wenn der Container geöffnet wird, soll die Entropie zu erhöhen. Daher kann Entropie ein Maß für die "Störung" eines Systems betrachtet werden.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Grundlagen der Physik I. Entropie. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

Entropie ist eine "State-Eigenschaft," die eine Menge, die nur von den aktuellen Zustand des Systems abhängt. Mengen Zustandeigenschaften richten sich nicht auf dem Weg, durch die das System in seinem gegenwärtigen Zustand angekommen. Daher ist der nützlichste Weg, eine State-Eigenschaft zu quantifizieren, seine ändernzu messen.

Die Änderung der Entropie S ist definiert als:

ΔS = Q / T, (Gleichung 1)

wo Q wird die Wärme an das System geliefert und T ist die Temperatur des Systems. Im Rahmen der Thermodynamik ist Hitze, wie Arbeit, definiert als eine Übertragung von Energie. Wärme ist Energie, die durch einen Unterschied in der Temperatur von einem Objekt auf ein anderes übertragen. Betrachten Sie ein Bad aus Eis und Wasser bei 0 ° C. Liefert eine Wärme an das Eis/Wasser-Bad, einige der das Eis schmilzt, und die Zahl der Staaten zur Verfügung, um die Wassermoleküle werden durch eine große Menge proportional zu der Menge an Wärme, die dem System hinzugefügt wurde. Die Entropie steigt proportional zu diesem Betrag. Die Beziehung zwischen zwei Objekten mit unterschiedlichen Temperaturen wurde zuerst von Newton beschrieben.

Gesetz des Newtons des Abkühlens besagt, dass die Änderungsrate der Temperatur eines Objekts proportional zur Differenz zwischen eigenem und der Temperatur der Umgebung. Für ein Objekt bei Temperaturen, die in einem geschlossenen System bei Temperatur Tf, diese Änderung in der Temperatur als Funktion der Zeit T gelegt wird t durch die Differentialgleichung beschrieben:

dT/dt = -k (T - T-f ), (Gleichung 2)

wo k ist eine konstante, die die Eigenschaften des Objekts und seiner Umgebung abhängt. Gleichung 1 wird als gleichwertig geschrieben:

-k dt = dT / (T - T-f ). (Gleichung 3)

Integration von beiden Seiten gibt:

-k t = Log (T - T-f ) + log C. (Gleichung 4)

Anwendung der Exponentialfunktion auf beide Seiten der Gleichung und dann neuordnen gibt:

T - T-f = C e-kt . (Gleichung 5)

Wenn das betreffende Objekt an eine Anfangstemperatur Tich zur Zeit ist t = 0:

TIch- Tf = C. (Gleichung 6)

Daraus folgt, dass die Temperatur als Funktion der Zeit:

T(t) = Tf + (TIch- Tf ) e-kt . (Gleichung 7)

Daher, wenn ein heißes Objekt in einem Kühler geschlossenen System platziert wird, sinkt seine Temperatur mit einer exponentiellen Rate. In diesem geschlossenen System wird die Wärme aus dem heißen Objekt Q erhöhen die Temperatur der kühleren Umgebung und damit erhöhen Sie die Anzahl der verfügbaren Staaten. Damit die Änderung der Entropie, ΔS, ist positiv und ungleich Null.

Procedure

1. Setup.

  1. Zu erhalten, ein Heizelement und Stand, ein Thermometer, eine Stoppuhr, ein paar Papiertücher, Wasser und einen großen Becher.
  2. Das Becherglas mit ausreichend Wasser füllen, damit die Probe nicht zu schnell abkühlen wird (d. h. mindestens 500 mL).
  3. Stellen Sie den Becher mit Wasser gefüllt auf dem Stand unter dem Heizelement und schalten Sie ihn ein.
  4. Sobald das Becherglas Wasser kochen erreicht, legen Sie das Thermometer und schalten Sie das Heizelement.
  5. Sorgfältig entfernen Sie das Becherglas von der Heizung Stand und legen Sie es auf dem Tisch, auf das Küchenpapier. Diese fungieren als Isolierung aus der Tabelle.

2. Erfassung von Daten.

  1. Starten der Stoppuhr und notieren Sie die Temperatur und Zeit.
  2. Nehmen Sie für die ersten 20 min eine Messung über alle 1 Minuten.
  3. Nehmen Sie für die nächsten 20 min eine Messung über alle 3-5 Minuten.
  4. Notieren Sie diese Werte in Tabelle 1.
  5. Plot der Datenpunkte, die in Tabelle 1 in einem Diagramm Temperatur im Vergleich zur Zeit. gesammelt wurden
  6. Verwenden die Anfangstemperatur des Wassers und zwei Datenpunkte für Zeit und Temperatur, lösen Sie Gleichung 7 für die Kühlung Konstante k.
  7. Verwenden diesen Wert für k, Plot Gleichung 7 als eine stetige Funktion von t. Vergleichen Sie die Funktion mit den Datenpunkten, die gesammelt wurden.

Entropie ist eine thermodynamische Grundprinzip zur Wärmeübertragung in einem System zu beschreiben.

Der Begriff, den Entropie oft als ein Maß für die "Störung" eines Systems und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik Zustände, die gilt wenn das System einen unumkehrbaren Prozess unterzogen wird, dann wird die Entropie des Systems immer zu erhöhen.

Denken Sie an Gas in einem Behälter mit bekanntem Volumen, Druck und Temperatur. gefangen Die Gasmoleküle haben eine enorme Anzahl von möglichen Konfigurationen. Wenn der Container geöffnet wird, die Gasmoleküle entkommen und die Anzahl der Konfigurationen steigt dramatisch, im wesentlichen nähert sich unendlich. Daher erhöht S, die Entropie bezeichnet, auf jeden Fall nach dem Öffnen des Behälters. So, ΔS, oder die Änderung der Entropie, ist größer als Null.

Ebenso erhöht Entropie auch wenn heißes Wasser bei Raumtemperatur aufbewahrt und abgekühlt. In diesem Video zeigen wir wie die Änderung der Entropie eines Systems während solcher Kühlung Experimente zu messen.

Bevor Sie lernen, wie man das Experiment und Daten sammeln, lasst uns lernen einige Gesetze und Gleichungen, die uns erlauben, Temperaturwechsel und Zunahme der Entropie im Kühlfall Experimente zu berechnen.

Newtons Gesetz der Kühlung besagt, dass die Änderungsrate der Temperatur eines Objekts proportional zur Differenz zwischen eigenem und der Temperatur der Umgebung. Mit Kalkül, kann diese Beziehung umgewandelt werden in dieser Gleichung, wo Kleinbuchstaben t stellt die Zeit dar, Ts bezeichnet die Temperatur der Umgebung T0 ist die Anfangstemperatur und k ist eine konstante, die die Eigenschaften des Objekts und seiner Umgebung abhängig.

Mit Hilfe dieser Formel, kann man berechnen die Temperatur eines Kühlsystems zu jeder Zeit wenn alle anderen Variablen bekannt sind. Diese Gleichung zeigt auch, dass Temperatur eine exponentielle Abhängigkeit von der Zeit. So ein heiße Objekt, wie ein Glas warmes Wasser, in eine kühlere Umgebung platziert wird, wird seine Temperatur mit einer exponentiellen Rate verringern, bis die Temperatur der Umgebung erreicht.

Nun, mal sehen, wie die Änderung der Entropie oder Δ berechnenS. Lassen Sie uns zum Zurückspulen, wenn das Wasser heiß war.

Wenn Entropie zu reden, müssen wir zuerst das System definieren. Hier ist das System das Glas Wasser und die Luft in den Raum. So ist die Änderung der Entropie des Systems, bzw. der ΔStotal einen Betrag der Änderung der Entropien dieser einzelnen Komponenten. Mathematisch gesehen ist die Änderung der Entropie als Wärme gewonnen oder verloren, gekennzeichnet durch Q, dividiert durch die Temperatur definiert.

In diesem Szenario wissen wir, dass Hitze lässt Wasser, damit ΔS für Wasser sinkt. Im Gegenteil, gewinnt die Umgebungsluft Wärme. Daher steigt ΔSLuft. Aus der zweite Hauptsatz der Thermodynamik wissen wir, dass die Änderung der Entropie des Gesamtsystems positiv sein muss.

Jetzt lassen Sie uns sehen wie ein Experiment um zu testen, diese theoretischen Vorhersagen von Newton durchzuführen Gesetz der Kühlung und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik.

Um zu beginnen, füllen Sie einen großen Becher mit zwischen 500 mL bis 1 L Wasser. Stellen Sie den Becher auf einer heißen Platte, und erhitzen Sie das Wasser zum Sieden. Sobald das Wasser kocht, schalten Sie das Heizelement.

Dann vorsichtig das Becherglas von der Heizplatte zu entfernen, und auf den Tisch auf Küchenpapier legen. Die Papiertücher fungiert als Isolierung zwischen dem Wasser und dem coolen Tisch. Messen Sie die Temperatur des Wassers mit dem Thermometer.

Starten Sie die Stoppuhr, und die Temperatur des Wassers jede Minute für die ersten 20 Minuten.

Erfassen Sie für die nächsten 20 Minuten die Temperatur alle 5 Minuten.

Beenden Sie die Einnahme Messungen, wenn das Wasser in der Nähe von Zimmertemperatur gekommen ist. Dann zeichnen Sie die Datenpunkte in einem Diagramm der Temperatur des Wassers im Vergleich zur Zeit.

Jetzt lassen Sie uns die gewonnenen Daten zu analysieren. Die Anfangstemperatur des Wassers war 100 Grad 35 Minuten die Temperatur auf 50,6 gesunken, und die Umgebungstemperatur war 28,5 Grad. Schließen Sie diese Werte in Newtons Gesetz der Kühlung, und für die Kühlung Konstante klösen.

Jetzt mit den berechneten Wert für k, Grundstück die Gleichung als eine stetige Funktion. Wenn wir unsere Messdaten Punkte auf diese Karte legen, können wir sehen, dass die theoretischen und experimentellen Funktionen einen fast identischen Pfad folgen.

Jetzt reden wir über Entropie. Wie wir wissen, ist die totale Änderung der Entropie oder Delta S, gleich die Entropie-Änderung für die Wasser plus Zimmer.

Die Änderung der Entropie gleich Q, oder die Menge der Wärme übertragen aus dem heißen Wasser in die Luft, geteilt durch T, so dass die Änderung der Entropie berechnet werden kann, wenn Q bekannt ist.

Q berechnet unter Zugrundelegung der Beziehung zwischen Masse m, spezifische Wärme c und die Veränderung der Temperatur in Kelvin, Delta T. mit den Werten für Wasser Wärmemenge, die durch das Wasser freigegeben, Q berechnet und für Delta S. lösen verwendet werden kann

So zeigt die experimentellen Daten, dass die Entropie des Gesamtsystems erhöht hat, da Wärme aus dem Wasser auf die Luftmoleküle in den Raum übertragen wurde. Dies bestätigt den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.

Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik beschreiben eine Vielzahl von Vorkommen in Natur und Technik.

Ein Kühlschrank ist im Wesentlichen eine Wärmepumpe und entfernt Wärme aus einem Ort bei einer niedrigeren Temperatur der Wärmequelle und überträgt sie an einen anderen Speicherort, Kühlkörper, bei einer höheren Temperatur.

Entsprechend dem zweiten Gesetz fließen nicht Wärme spontan von einem kälteren Ort heißer zu. Daher ist Arbeit oder Energie für Kühlung erforderlich.

Ein Lagerfeuer ist ein weiteres Beispiel für Entropie Änderungen im wirklichen Leben. Das massive Holz als Brennstoff verbrennt und verwandelt sich in einen ungeordneten Haufen Asche verwendet. Darüber hinaus werden Wassermoleküle und Kohlendioxid freigesetzt.

Die Atome in die Dämpfe verteilen sich in einem wachsenden Cloud mit unendlichen ungeordneten Regelungen. So ist die Änderung der Entropie aus der Verbrennung von Holz immer positiv.

Sie sah nur Jupiters Einführung in die Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik. Sie sollten nun das grundlegende Konzept der Entropie, Newtons Gesetz der Kühlung und Beispiele für Entropie Veränderungen im täglichen Leben verstehen. Danke fürs Zuschauen!

Results

Repräsentative Ergebnisse für 680 mL des Wassers sind in Tabelle 1dargestellt. Die Kühlung Konstante k wurde mithilfe der Datenpunkte in der Tabelle und die Lösung der Gleichung 7gefunden. Nach 35 min, T(35) = 50,6. War die anfängliche Temperatur 100 ° C, und Datenerhebung, die nicht mehr bei 28,5 ° C. Mit dieser Variablen gibt die folgende Gleichung, k: zu erhalten

50,6 = 28,5 + (100-28,5) e-k 35. (Gleichung 8)

Lösung für k einen Wert k gibt = 0,034. Die Kurve mit dieser Kühlung Konstante wird als gestrichelte graue Linie in Abbildung 1, zusammen mit den Datenpunkten aus dem Experiment gezeigt. Die funktionale Form der Gleichung 6 entspricht die experimentellen Ergebnissen sehr eng.

Während das Wasser abkühlt, abnimmt die Entropie, da die Anzahl der Staaten zur Verfügung, um die Wasser-Moleküle abnimmt. Die Entropie der Umgebungsluft im Raum erhöht, da die Wasserbecher Wärme auf die umgebenden Luftmoleküle überträgt; die gesamte Entropie des Wassers + air System erhöht. Die Zahl der Staaten, die jetzt heißer Luftmoleküle zu besetzen ist viel höher als, bevor das heiße Wasser in den Raum eingeführt wurde.

Differentielle Form die Hitze-d, die q hinzugefügt oder entfernt aus dem Wasser, kann unter Zugrundelegung der Beziehung zwischen Masse, spezifische Wärme c, berechnet und Temperaturänderung:

dQ = Mc dT, (Gleichung 9)

wo c 4,18 J/(gK) für Wasser werden bekannt. Die Änderung der Entropie des Wassers ist dann:

ΔSWasser =Equation 1

= mWasser cWasser ln (T final/Terste). (Gleichung 10)

Mit der Umstellung auf Kelvin als K = ° C + 273.15, die Änderung in der Entropie des Wassers wie folgt berechnet:

ΔSWasser = 680 g * 4,18 J /(g K) * ln [(28.5 + 273.15) / (100 + 273.15)]

=-604 J/K.

Die Temperatur der Umgebungsluft ist bei 20,4 ° C konstant, so ist dies ein isothermer Prozess. Die Entropie-Änderung der Luft ist dann:

ΔSLuft = Equation 2 ,

wo Q ist die Abwärme von Wasser, das durch Gleichung 9gegeben ist. Die Änderung der Entropie der Luft ist dann wie folgt berechnet:

ΔSLuft =Equation 3

= 3337 J/K.

Die totale Veränderung in der Entropie des Wasser + Luft-System, ΔSTot, ist die Summe der einzelnen Veränderungen in der Entropie des Wassers und der Luft:

ΔSTot = ΔSWasser + ΔSLuft (Gleichung 11)

=-604 J/k + 3337 J/K

= 2733 J/K.

Tabelle 1. Temperaturen während des Experiments aufgezeichnet.

Zeit (min s) Wassertemperatur (° C)
0 0 99,6
1-10 97,1
1-50 94,2
2 30 91,8
3-22 89
4-05 87,2
5 08 82,7
6 05 82,4
8-25 78
9-15 76,5
10 15 74,6
11 38 72,7
12 58 70,7
13 58 69,2
15 15 67,7
16 55 65,8
18 38 64
20 25 62,3
24 02 58,8
25 45 57,3
34 45 50,6
40 50 47,4
44 30 45.9
49 59 43.6
53 42 42,4
60 01 40,2
64 20 39,5
76 37 37
103-50 32.1
116 41 30.3
122 46 29,6
134 11 28.5

Figure 1
Abbildung 1 . Handlung der Temperatur im Vergleich zur Zeit. Die blauen Punkte zeigen die experimentellen Daten, und die gestrichelte Linie stellt theoretische Daten basierend auf Newtons Gesetz der Kühlung.

Applications and Summary

Ein paar Kopfhörer, die immer in einer Tasche aufbewahrt werden tendenziell verknotet, das ist einer Zunahme der Entropie durch die Tragetasche herum verursacht. Es ist notwendig zu tun Arbeit am Kopfhörer zu un-Knoten sie und Abnahme die Entropie (Dies kann als eine "umkehrbares" betrachtet werden). Die effizienteste Wärmekreislauf Motor von physikalischen Gesetzen erlaubt ist der Carnot-Prozess. Der zweite Hauptsatz besagt, dass nicht alle für eine Wärmekraftmaschine zugeführte Wärmemenge verwendet werden kann, Arbeit zu verrichten. Der Carnot-Wirkungsgrad legt den Grenzwert auf den Anteil der Wärme, die verwendet werden kann. Der Zyklus besteht aus zwei isothermen Prozessen, gefolgt von zwei adiabatische Prozesse. Ein Kühlschrank, der im Wesentlichen nur eine Wärmepumpe ist, ist auch ein klassisches Beispiel des zweiten Hauptsatzes. Kühlschränke bewegen Wärme von einem Ort bei einer niedrigeren Temperatur (die "Quelle") an einen anderen Ort bei einer höheren Temperatur ("Heat Sink") mit mechanischer Arbeit. Entsprechend dem zweiten Gesetz fließen nicht Wärme von einem kälteren Ort zu einer heißer spontan; Arbeit (Energie) ist erforderlich für die Kältetechnik.

Gesetz des Newtons des Abkühlens zeigte einen Becher voll Wasser bei 100 ° C abkühlen auf Raumtemperatur, führte zu einer Zunahme der Entropie des Wasser-Luft-System. Durch die Messung der Temperatur des Wassers als Funktion der Zeit über einen Zeitraum von 135 min, war es möglich, die bestätigen, dass die Kühlung des Wassers exponentielle Form war. Die kühle Konstante der Wasserprobe wurde durch das Lösen der Kühlungen Gleichung mit gesammelten Daten gefunden.

1. Setup.

  1. Zu erhalten, ein Heizelement und Stand, ein Thermometer, eine Stoppuhr, ein paar Papiertücher, Wasser und einen großen Becher.
  2. Das Becherglas mit ausreichend Wasser füllen, damit die Probe nicht zu schnell abkühlen wird (d. h. mindestens 500 mL).
  3. Stellen Sie den Becher mit Wasser gefüllt auf dem Stand unter dem Heizelement und schalten Sie ihn ein.
  4. Sobald das Becherglas Wasser kochen erreicht, legen Sie das Thermometer und schalten Sie das Heizelement.
  5. Sorgfältig entfernen Sie das Becherglas von der Heizung Stand und legen Sie es auf dem Tisch, auf das Küchenpapier. Diese fungieren als Isolierung aus der Tabelle.

2. Erfassung von Daten.

  1. Starten der Stoppuhr und notieren Sie die Temperatur und Zeit.
  2. Nehmen Sie für die ersten 20 min eine Messung über alle 1 Minuten.
  3. Nehmen Sie für die nächsten 20 min eine Messung über alle 3-5 Minuten.
  4. Notieren Sie diese Werte in Tabelle 1.
  5. Plot der Datenpunkte, die in Tabelle 1 in einem Diagramm Temperatur im Vergleich zur Zeit. gesammelt wurden
  6. Verwenden die Anfangstemperatur des Wassers und zwei Datenpunkte für Zeit und Temperatur, lösen Sie Gleichung 7 für die Kühlung Konstante k.
  7. Verwenden diesen Wert für k, Plot Gleichung 7 als eine stetige Funktion von t. Vergleichen Sie die Funktion mit den Datenpunkten, die gesammelt wurden.

Entropie ist eine thermodynamische Grundprinzip zur Wärmeübertragung in einem System zu beschreiben.

Der Begriff, den Entropie oft als ein Maß für die "Störung" eines Systems und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik Zustände, die gilt wenn das System einen unumkehrbaren Prozess unterzogen wird, dann wird die Entropie des Systems immer zu erhöhen.

Denken Sie an Gas in einem Behälter mit bekanntem Volumen, Druck und Temperatur. gefangen Die Gasmoleküle haben eine enorme Anzahl von möglichen Konfigurationen. Wenn der Container geöffnet wird, die Gasmoleküle entkommen und die Anzahl der Konfigurationen steigt dramatisch, im wesentlichen nähert sich unendlich. Daher erhöht S, die Entropie bezeichnet, auf jeden Fall nach dem Öffnen des Behälters. So, ΔS, oder die Änderung der Entropie, ist größer als Null.

Ebenso erhöht Entropie auch wenn heißes Wasser bei Raumtemperatur aufbewahrt und abgekühlt. In diesem Video zeigen wir wie die Änderung der Entropie eines Systems während solcher Kühlung Experimente zu messen.

Bevor Sie lernen, wie man das Experiment und Daten sammeln, lasst uns lernen einige Gesetze und Gleichungen, die uns erlauben, Temperaturwechsel und Zunahme der Entropie im Kühlfall Experimente zu berechnen.

Newtons Gesetz der Kühlung besagt, dass die Änderungsrate der Temperatur eines Objekts proportional zur Differenz zwischen eigenem und der Temperatur der Umgebung. Mit Kalkül, kann diese Beziehung umgewandelt werden in dieser Gleichung, wo Kleinbuchstaben t stellt die Zeit dar, Ts bezeichnet die Temperatur der Umgebung T0 ist die Anfangstemperatur und k ist eine konstante, die die Eigenschaften des Objekts und seiner Umgebung abhängig.

Mit Hilfe dieser Formel, kann man berechnen die Temperatur eines Kühlsystems zu jeder Zeit wenn alle anderen Variablen bekannt sind. Diese Gleichung zeigt auch, dass Temperatur eine exponentielle Abhängigkeit von der Zeit. So ein heiße Objekt, wie ein Glas warmes Wasser, in eine kühlere Umgebung platziert wird, wird seine Temperatur mit einer exponentiellen Rate verringern, bis die Temperatur der Umgebung erreicht.

Nun, mal sehen, wie die Änderung der Entropie oder Δ berechnenS. Lassen Sie uns zum Zurückspulen, wenn das Wasser heiß war.

Wenn Entropie zu reden, müssen wir zuerst das System definieren. Hier ist das System das Glas Wasser und die Luft in den Raum. So ist die Änderung der Entropie des Systems, bzw. der ΔStotal einen Betrag der Änderung der Entropien dieser einzelnen Komponenten. Mathematisch gesehen ist die Änderung der Entropie als Wärme gewonnen oder verloren, gekennzeichnet durch Q, dividiert durch die Temperatur definiert.

In diesem Szenario wissen wir, dass Hitze lässt Wasser, damit ΔS für Wasser sinkt. Im Gegenteil, gewinnt die Umgebungsluft Wärme. Daher steigt ΔSLuft. Aus der zweite Hauptsatz der Thermodynamik wissen wir, dass die Änderung der Entropie des Gesamtsystems positiv sein muss.

Jetzt lassen Sie uns sehen wie ein Experiment um zu testen, diese theoretischen Vorhersagen von Newton durchzuführen Gesetz der Kühlung und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik.

Um zu beginnen, füllen Sie einen großen Becher mit zwischen 500 mL bis 1 L Wasser. Stellen Sie den Becher auf einer heißen Platte, und erhitzen Sie das Wasser zum Sieden. Sobald das Wasser kocht, schalten Sie das Heizelement.

Dann vorsichtig das Becherglas von der Heizplatte zu entfernen, und auf den Tisch auf Küchenpapier legen. Die Papiertücher fungiert als Isolierung zwischen dem Wasser und dem coolen Tisch. Messen Sie die Temperatur des Wassers mit dem Thermometer.

Starten Sie die Stoppuhr, und die Temperatur des Wassers jede Minute für die ersten 20 Minuten.

Erfassen Sie für die nächsten 20 Minuten die Temperatur alle 5 Minuten.

Beenden Sie die Einnahme Messungen, wenn das Wasser in der Nähe von Zimmertemperatur gekommen ist. Dann zeichnen Sie die Datenpunkte in einem Diagramm der Temperatur des Wassers im Vergleich zur Zeit.

Jetzt lassen Sie uns die gewonnenen Daten zu analysieren. Die Anfangstemperatur des Wassers war 100 Grad 35 Minuten die Temperatur auf 50,6 gesunken, und die Umgebungstemperatur war 28,5 Grad. Schließen Sie diese Werte in Newtons Gesetz der Kühlung, und für die Kühlung Konstante klösen.

Jetzt mit den berechneten Wert für k, Grundstück die Gleichung als eine stetige Funktion. Wenn wir unsere Messdaten Punkte auf diese Karte legen, können wir sehen, dass die theoretischen und experimentellen Funktionen einen fast identischen Pfad folgen.

Jetzt reden wir über Entropie. Wie wir wissen, ist die totale Änderung der Entropie oder Delta S, gleich die Entropie-Änderung für die Wasser plus Zimmer.

Die Änderung der Entropie gleich Q, oder die Menge der Wärme übertragen aus dem heißen Wasser in die Luft, geteilt durch T, so dass die Änderung der Entropie berechnet werden kann, wenn Q bekannt ist.

Q berechnet unter Zugrundelegung der Beziehung zwischen Masse m, spezifische Wärme c und die Veränderung der Temperatur in Kelvin, Delta T. mit den Werten für Wasser Wärmemenge, die durch das Wasser freigegeben, Q berechnet und für Delta S. lösen verwendet werden kann

So zeigt die experimentellen Daten, dass die Entropie des Gesamtsystems erhöht hat, da Wärme aus dem Wasser auf die Luftmoleküle in den Raum übertragen wurde. Dies bestätigt den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.

Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik beschreiben eine Vielzahl von Vorkommen in Natur und Technik.

Ein Kühlschrank ist im Wesentlichen eine Wärmepumpe und entfernt Wärme aus einem Ort bei einer niedrigeren Temperatur der Wärmequelle und überträgt sie an einen anderen Speicherort, Kühlkörper, bei einer höheren Temperatur.

Entsprechend dem zweiten Gesetz fließen nicht Wärme spontan von einem kälteren Ort heißer zu. Daher ist Arbeit oder Energie für Kühlung erforderlich.

Ein Lagerfeuer ist ein weiteres Beispiel für Entropie Änderungen im wirklichen Leben. Das massive Holz als Brennstoff verbrennt und verwandelt sich in einen ungeordneten Haufen Asche verwendet. Darüber hinaus werden Wassermoleküle und Kohlendioxid freigesetzt.

Die Atome in die Dämpfe verteilen sich in einem wachsenden Cloud mit unendlichen ungeordneten Regelungen. So ist die Änderung der Entropie aus der Verbrennung von Holz immer positiv.

Sie sah nur Jupiters Einführung in die Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik. Sie sollten nun das grundlegende Konzept der Entropie, Newtons Gesetz der Kühlung und Beispiele für Entropie Veränderungen im täglichen Leben verstehen. Danke fürs Zuschauen!

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