Как изменится энтропия системы при выравнивании температур, когда 0.2 кг железа при 100 градусов помещено в калориметр

Тема занятия: Изменение энтропии системы

Разъяснение: Энтропия – это мера беспорядка или хаоса в системе. При выравнивании температур двух тел, энтропия системы обычно увеличивается. Для решения данной задачи нам необходимо использовать формулу изменения энтропии системы:

ΔS = Q / T

где ΔS - изменение энтропии, Q - тепло, переданное или полученное системой, T - температура.

Сначала рассчитаем тепло, переданное или полученное каждой системой. У нас есть железо и вода, поэтому:

Q_железо = m_железо * c_железо * ΔT_железо

Q_вода = m_вода * c_вода * ΔT_вода

где m - масса, c - удельная теплоемкость вещества, ΔT - изменение температуры.

Затем рассчитаем изменение энтропии:

ΔS_системы = ΔS_железо + ΔS_вода

где ΔS_системы - изменение энтропии системы, ΔS_железо - изменение энтропии железа, ΔS_вода - изменение энтропии воды.

Для железа:

ΔS_железо = Q_железо / T_железо

Для воды:

ΔS_вода = Q_вода / T_вода

Теперь мы можем подставить значения и рассчитать изменение энтропии системы с помощью формулы ΔS = Q / T.

Например:

Масса железа, m_железо = 0.2 кг
Температура железа, ΔT_железо = 100 °C - 12 °C
Масса воды, m_вода = 0.3 кг
Температура воды, ΔT_вода = 12 °C - 100 °C

Удельная теплоемкость железа, c_железо = 450 Дж/кг·°C (по таблице)
Удельная теплоемкость воды, c_вода = 4186 Дж/кг·°C

Рассчитаем тепло, переданное или полученное каждой системой:

Q_железо = 0.2 кг * 450 Дж/кг·°C * (-88 °C) = -7920 Дж
Q_вода = 0.3 кг * 4186 Дж/кг·°C * (-88 °C) = -11009.44 Дж

Теперь рассчитаем изменение энтропии железа и воды:

ΔS_железо = -7920 Дж / (100 °C + 273.15 К) = -28.7 Дж/К
ΔS_вода = -11009.44 Дж / (12 °C + 273.15 К) = -36.5 Дж/К

Наконец, рассчитаем изменение энтропии системы:

ΔS_системы = ΔS_железо + ΔS_вода = -28.7 Дж/К + -36.5 Дж/К = -65.2 Дж/К

Таким образом, изменение энтропии системы при выравнивании температур составляет -65.2 Дж/К.

Совет: Для лучшего понимания концепции энтропии, рекомендуется изучить термодинамику и основные законы термодинамики. Также полезно разобраться в понятиях удельной теплоемкости и теплообмена.

Задача на проверку: Как изменится энтропия системы, если 0.5 кг алюминия при 80 градусах помещено в калориметр с 0.2 кг ртути при 20 градусах? Пренебречь теплоемкостью калориметра. (Удельная теплоемкость алюминия - 897 Дж/кг·°C, ртути - 138 Дж/кг·°C)