熱力學熵的物理意義?

General 更新 2024-12-20

“熵”的物理意義是什麼？它是如何被定義的

熵

【拼音：shāng】熵的概念是由德國物理學家克勞修斯於1865年所提出。化學及熱力學中所指的熵，是一種測量在動力學方面不能做功的能量總數。熵亦被用於計算一個系統中的失序現象。熵是一個描述系統狀態的函數，但是經常用熵的參考值和變化量進行分析比較。

1．混亂度和微觀狀態數

決定反應方向主要有兩個因素:[1]

(1).反應熱效應。放熱反應使體系的能量下降

(2).混亂度。一些吸熱反應在一定溫度下也可進行特點是反應體系的混亂度變大。體系的微觀狀態數越多，體系的混亂度越大，微觀狀態數可以定量地表明體系的混亂度。

2．狀態函數

熵：描述體系混亂度的狀態函數叫做熵，用S表示。體系的狀態一定，其微觀狀態數一定，如果用狀態函數來表示混亂度的話，狀態函數與與微觀狀態數Ω存在下列關係S=klnΩ,其中k=1.38×10－23J/K叫波爾茲曼常數。熵是一種具有加和性的狀態函數，體系的熵值越大則微觀狀態數Ω的越大，即混亂度越小（孤立系統都是由非平衡到平衡狀態轉化的），因此可以認為化學反應趨向於熵值增加，即趨向於∆rS>0。過程的始終態一定，狀態函數S的改變量∆S的值是一定的，過程中的熱量變化是和途徑有關的量，若以可逆方式完成這一過程時，熱量用Qr表示，則∆S=Qr/T 。在373K,1.013×105Pa時HO(l) →HO(g)的相變熱為44.0kJ/mol故此過程的摩爾熵變∆Sm=Qr/T= 44.0×103/373=118(J/mol·K)

3．熱力學第三定律和標準熵

熱力學第三定律：在0K時任何完整晶體中的原子或分子只有一種排列方式，即只有唯一的微觀狀態，其熵值為零。從熵值為零的狀態出發，使體系變化到P=1.013×105Pa和某溫度T，如果知道這一過程中的熱力學數據，原則上可以求出過程的熵變值，它就是體系的絕對熵值。於是人們求得了各種物質在標準狀態下的摩爾絕對熵值，簡稱標準熵，單位為kJ/mol。