Железный шар диаметра d 10 см нагрет до температуры T=1700К. Какой будет температура шара через t=2с охлаждения. Считать шар абсолютно черным телом.

Физика – это одна из основных наук об устройстве окружающей нас природы. Зачем нужно изучать физику? Она сложна и в ней много формул. Зато ее изучение дает понятие о том, как устроен наш мир.

Иногда школьники говорят, что физика, ее законы и формулы слишком далеки от повседневной жизни. Это неправда, потому что наука физика не выдумана из головы.

Она просто описывает явления природы. Физика рассказывает о законах движения, равновесия, притяжения земли, электричества и других. Физика описывает поведение тел, когда они движутся и когда находятся в неподвижности, когда они нагреты, когда охлаждены. Энергию нашего мира тоже описывает физика.

С физики люди узнали, что такое молния, гром, свет, дождь. Почему реки замерзают зимой, почему созревшие плоды падают с деревьев. Даже полет птицы – это описание физического процесса. Физика – это сама жизнь, сама природа.

Объяснение:

Второй закон термодинамики устанавливает критерии необратимости термодинамических процессов. Известно много формулировок второго закона, которые эквивалентны друг другу. Мы приведем здесь только одну формулировку, связанную с энтропией.

Существует функция состояния - энтропия S, которая обладает следующим свойством: , (4.1) где знак равенства относится к обратимым процессам, а знак больше - к необратимым.

Для изолированных систем второй закон утверждает: dS і 0, (4.2) т.е. энтропия изолированных систем в необратимых процессах может только возрастать, а в состоянии термодинамического равновесия она достигает максимума (dS = 0,

d 2S < 0).

Неравенство (4.1) называют неравенством Клаузиуса. Поскольку энтропия - функция состояния, ее изменение в любом циклическом процессе равно 0, поэтому для циклических процессов неравенство Клаузиуса имеет вид:

, (4.3)

где знак равенства ставится, если весь цикл полностью обратим.

Энтропию можно определить с двух эквивалентных подходов - статистического и термодинамического. Статистическое определение основано на идее о том, что необратимые процессы в термодинамике вызваны переходом в более вероятное состояние, поэтому энтропию можно связать с вероятностью:

, (4.4)

где k = 1.38 10-23 Дж/К - постоянная Больцмана (k = R / NA), W - так называемая термодинамическая вероятность, т.е. число микросостояний, которые соответствуют данному макросостоянию системы (см. гл. 10). Формулу (4.4) называют формулой Больцмана.

С точки зрения строгой статистической термодинамики энтропию вводят следующим образом:

, (4.5)

где G (E) - фазовый объем, занятый микроканоническим ансамблем с энергией E.

Термодинамическое определение энтропии основано на рассмотрении обратимых процессов:

. (4.6)

Это определение позволяет представить элементарную теплоту в такой же форме, как и различные виды работы:

Qобр = TdS, (4.7)

где температура играет роль обобщенной силы, а энтропия - обобщенной (тепловой) координаты.

Расчет изменения энтропии для различных процессов

Термодинамические расчеты изменения энтропии основаны на определении (4.6) и на свойствах частных производных энтропии по термодинамическим параметрам:

(4.8)

Последние два тождества представляют собой соотношения Максвелла (вывод см. в гл. 5).

1) Нагревание или охлаждение при постоянном давлении.

Количество теплоты, необходимое для изменения температуры системы, выражают с теплоемкости:  Qобр = Cp dT.

(4.9)

Пример 4-3. Найдите изменение энтропии газа и окружающей среды, если n молей идеального газа расширяются изотермически от объема V1 до объема V2: а) обратимо; б) против внешнего давления p.