Nhiệt học

Truyền nhiệt và chiều biến đổi entropy

Quan sát nhiệt tự truyền từ nóng sang lạnh và entropy tổng tăng trong quá trình không thuận nghịch; kiểm tra ảnh hưởng khi đảo chiều trao đổi. Ghi nhiệt độ hai vật và tổng entropy trong quá trình truyền nhiệt, rồi kiểm chứng $ΔS_{total} ≥ 0$ .

Đại học

⚠ Mô phỏng nhiệt là ảo; trong thí nghiệm thực, chỉ xử lý bình nóng và thiết bị nhiệt dưới sự giám sát phù hợp.

Dụng cụ

Hai bình nhiệt nóng-lạnh trao đổi nhiệt qua vách
Thanh trượt nhiệt độ ban đầu và độ dẫn nhiệt; đồ thị nhiệt độ, entropy

Các bước tiến hành

Theo dõi trao đổi nhiệt tự phát
Đặt nhiệt độ bình nóng T_h cao hơn bình lạnh T_c bằng hai thanh trượt, giữ nguyên độ dẫn κ/C rồi quan sát đồ thị: T_h giảm, T_c tăng và tiến gần nhau; đọc đường entropy tổng để kiểm tra nó không giảm. Thử tăng độ dẫn vách để trao đổi diễn ra nhanh hơn. Nhấn Thử đảo chiều để xem sự thay đổi của nhiệt độ và entropy khi chiều trao đổi bị đảo, rồi nhấn Đặt lại để trở về quá trình ban đầu. Đối chiếu các đại lượng quan sát được với $ΔS_total ≥ 0$ .
Đọc biến thiên entropy
Ghi nhiệt độ ban đầu và cuối của hai bình trên đồ thị, rồi đối chiếu đường entropy tổng. Khi nhiệt lượng Q truyền từ nóng sang lạnh, kiểm tra $\Delta S_{tổng} = -Q/T_h + Q/T_c > 0$ với $T_h > T_c$ .
Thay đổi chênh lệch nhiệt độ
Giữ độ dẫn vách cố định, tăng rồi giảm chênh lệch nhiệt độ ban đầu. So sánh tốc độ cân bằng và độ tăng entropy tổng; sau đó thử điều khiển đảo chiều để nhận biết quá trình ngược không tự diễn ra. Đối chiếu các đại lượng quan sát được với $ΔS_total ≥ 0$ .

Mô phỏng

Lịch sử thí nghiệm

Định luật II nhiệt động lực học được phát triển trong thế kỷ XIX từ câu hỏi vì sao nhiệt không tự chuyển hoàn toàn thành công hữu ích và vì sao các quá trình tự nhiên có chiều ưu tiên. Sadi Carnot phân tích hiệu suất động cơ nhiệt năm 1824; Rudolf Clausius và William Thomson (Lord Kelvin) về sau làm rõ giới hạn chuyển hóa nhiệt, đồng thời xây dựng các phát biểu tương đương về chiều truyền nhiệt. Clausius đưa entropy vào nhiệt động lực học năm 1865 và nêu nguyên lý: entropy của hệ cô lập không giảm. Khi hai vật ở nhiệt độ khác nhau tiếp xúc, nhiệt tự truyền từ nóng sang lạnh; sự cân bằng nhiệt làm tổng entropy tăng, còn đảo ngược tự phát không xảy ra. Đây là mô hình lý tưởng hóa, cần tính entropy của cả hai vật chứ không chỉ một vật.

Nhà vật lý liên quan

Sadi Carnot Rudolf Clausius William Thomson (Lord Kelvin)

Chủ đề liên quan trong thư viện

Định luật II nhiệt động lực học Entropy và định luật II tổng quát