Kemiallinen termodynamiikka 14 Entropian tilastollinen tulkinta Lauri Partanen

Kemiallinen termodynamiikka 14 Entropian tilastollinen tulkinta Lauri Partanen

Learning. Catalytics 1: Perjantai-illan jälkeen torstaina (hätäisesti) siivottu opiskelijan yksiö on päässyt epäjärjestyksen valtaan. Mitä on tapahtunut huoneen entropialle? 1. Entropia on kasvanut 2. Entropia on vähentynyt 3. Entropia on pysynyt vakiona 4. Ei osaa sanoa

Moduuli 14: Entropian tilastollinen tulkinta Tämän moduulin jälkeen opiskelija: • Pystyy selittämään termodynaamisen systeemin entropiaa sen atomirakenteen ja Boltzmannin jakauman avulla. • osaa selvittämään prosessien entropianmuutoksia kvalitatiivisesti entropian tilastolliseen tulkintaan nojautuen.

Boltzmannin jakauma määrää energiatilojen miehityksen

Mikrotilat Jos hiukkaset pystyy erottamaan toisistaan, mikrotila on hetkellinen tila, jossa kukin hiukkanen on jollakin tietyllä energiatilalla. Kun hiuk kasia on 6∙ 10 23 kp energiaa l, on sam vastaavi Termisessä tasapainossa tilojen suhteelliset aa kokon a mikroti aisloja valta osuudet systeemissä pysyvät vakiona, vaikka va määrä hiukkaset jatkuvasti siirtyvät energiatilojen välillä. ! 1, 2 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 Systeemin mikrotila elää jatkuvasti! 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 jne.

Entropian tilastollinen tulkinta Yllä olevan määritelmän perusteella entropian kasvu tarkoittaa kasvua saatavilla olevien mikrotilojen lukumäärässä!

Esimerkki: Laske entropia neljän hiukkasen systeemissä, jonka kokonaisenergia on 3 E. Jokainen hiukkasista voi saada energiat 0, E , 2 E , 3 E , … Hiukkaset voidaan erottaa toisistaan.

Miksi kaasut sekoittuvat? Pohdinta: Tarkastellaan kuvan mukaista sekoittumisprosessia ideaalikaasuille a ja b. Lähtötilassa molempien kaasujen paine on 1 bar ja sekoittuminen tapahtuu isotermisesti. Miksi ∆S > 0 systeemille?

Mitä tapahtuu kaasun mikrotiloille, kun astian tilavuus laajenee? Hiukkanen laatikossa mallin energiatasot: Kun tilavuus kasvaa energiatasot siirtyvät lähemmäs toisiaan ja mahdollisten mikrotilojen lukumäärä kasvaa. Sekoittumisessa entropian kasvu syntyy pelkästään ideaalikaasujen laajenemi-sesta suurempaan tilavuuteen! 10 nm T = 0, 2 K 5. 0 nm

Lämpötilan vaikutus entropiaan Kun lämpötila kasvaa, yhä korkeammat energiatasot miehittyvät Boltzmannin jakauman mukaisesti: Lämpötil an kasva ttaminen k a s v a t t Mikrotilojen lukumäärä W aa ainee n entropi aa! kasvaa, koska saavutettavissa olevien energiatilojen lukumäärä kasvaa! 0. 2 K 0. 4 K

Entropian termodynaamisen määritelmän tulkinta Termodynaaminen määritelmä entropian muutokselle: Tilastollinen tulkinta:

Entropian termodynaamisen määritelmän tulkinta • Korkean lämpötilan systeemissä saavutettavissa olevia energiatiloja on paljon, mikrotilojen lukumäärä on jo aluksi suuri, ja se kasvaa suhteellisesti vain vähän, kun lämpöä tuodaan systeemiin. Miksi siir tynyt läm pö pitää jakaa läm p ötilalla? • Matalan lämpötilan systeemissä saavutettavissa olevia energiatiloja 0. 2 K 0. 4 K on vähän, mikrotilojen lukumäärä on pieni ja se kasvaa suhteellisesti huomattavasti enemmän, kun lämpöä tuodaan systeemiin.

Learning. Catalytics 2: Perjantai-illan jälkeen torstaina (hätäisesti) siivottu opiskelijan yksiö on päässyt epäjärjestyksen valtaan. Mitä on tapahtunut huoneen entropialle? 1. Entropia on kasvanut 2. Entropia on vähentynyt 3. Entropia on pysynyt vakiona 4. Ei osaa sanoa

Kuvalähteet: Kansidia. Tetäväinen T. , Partanen L. (2019), valokuva Diatausta. Viitaharju P. , Partanen L. (2019), valokuva Dialogo WWF Earthbook, (2012), Polar bear on melting ice platform, Viitattu 27. 8. 2019. Haettu osoitteesta https: //www. mirror. co. uk/incoming/gallery/wwf- earthbook-882936 Dia 3 Atkins, P. ja De Paula, J. , L. (2010), Figure 4 (page 71). Formation enthalpy [Diagrammi], Teoksessa Atkins’ Physical Chemistry, 9 th edition, Oxford Univeristy Press, Oxford, New York Dia 9 Atkins, P. ja De Paula, J. , L. (2010), Figure 2. 20. Kirchoff’s law [Diagrammi], Teoksessa Atkins’ Physical Chemistry, 9 th edition, Oxford Univeristy Press, Oxford, New York