Второй закон термодинамики

1. Дайте определение равновесного и неравновесного термодинамического процесса, приведите примеры таких процессов. Есть ли разница между понятиями равновесный процесс и обратимый процесс?

2. Дайте определение положительного и отрицательного термодинамического процесса. Как иначе называются эти процессы? Какие из этих процессов могут протекать в изолированной системе, а какие – нет и почему?

3. Какая работа в термодинамике называется максимальной?

4. Необратимость либо обратимость процесса определяются способом проведения данного процесса. Некоторые процессы, в зависимости от условий, можно провести и обратимо, и необратимо. Однако существуют процессы, являющиеся истинно необратимыми, их никаким способом нельзя провести как обратимые. Что это за процессы? Приведите примеры.

5. В сложном процессе, если только одна из стадий необратима, то каков весь процесс в целом? (Обратим; необратим; может быть и обратимым, и необратимым).

6. В соответствии со вторым законом термодинамики, единственным результатом любой совокупности процессов не может быть превращение теплоты в работу. Означает ли это, что не существует процессов, в которых можно полностью превратить теплоту в работу?

7. В чём основной смысл второго закона термодинамики?

8. Дайте математическое соотношение между изменением энтропии и теплотой необратимого процесса.

9. Между некоторым исходным состоянием 1 и конечным состоянием 2 осуществляются два перехода. Один из них протекает обратимо, другой необратимо. Известны тепловые эффекты этих процессов: Q_обр и Q_необр , причём Q_обр  Q_необр . Каково соотношение между изменением энтропии S в том и другом процессе?

10. Как меняется энтропия вещества при его нагревании? Ответ обоснуйте.

11. В каком соотношении находятся мольные энтропии трёх агрегатных состояний одного вещества  пара, жидкости, твёрдого тела? Что больше? Поясните ответ.

12. В каком из следующих процессов (изотермическом, адиабатическом, изохорическом, изобарическом) при обратимом их протекании не происходит изменения энтропии системы?

13. Система состоит из трёх частей, каждая из которых обладает определённой энтропией: S₁ , S₂ , S₃ . Как можно выразить энтропию системы в целом и почему?

14. При постоянстве каких термодинамических параметров система является изолированной?

15. Напишите математическое выражение второго закона термодинамики для бесконечно малого изменения состояния в обратимом и необратимом процессах в изолированной системе.

16. Как изменяется связанная энергия системы при нагревании газа и при его конденсации?

17. Как изменяется свободная энергия в процессе изотермического сжатия идеального газа?

18. За счёт чего совершается максимальная полезная работа химической реакции при постоянном давлении и температуре?

19. При каких условиях максимальная работа в системе совершается за счёт убыли изобарно-изотермического потенциала?

20. Как изменяется величина G процесса, если при переходе от начального состояния к конечному сначала провести его обратимо, а потом необратимо?

21. При обратимом изотермическом сжатии некоторого количества идеального газа от давления Р₁ до давления Р₂ свободная энтальпия изменилась на 200 Дж. Каково по сравнению с этой величиной будет изменение свободной энтальпии при подобном же, но необратимом переходе от Р₁ до Р₂ ?

22. Как зависит изохорно-изотермический потенциал системы от объёма при постоянной температуре (при условии, что единственный вид работы  работа расширения)? Дайте математическое выражение этой зависимости.

23. Укажите, для какой из приведённых ниже систем в идеальном газовом состоянии свободная энергия быстрее изменяется при увеличении объёма при постоянной температуре:

А Б В Г

1 моль Н₂ 1 моль Н₂ 1 моль О₂ 1 моль О₂

р = 100 атм р = 10 атм р = 1 атм р = 0,1 атм

24. Дайте в дифференциальной форме уравнение зависимости изобарно-изотермического потенциала от давления при отсутствии всех видов работы, кроме работы расширения.

25. Укажите, в какой из приведённых ниже систем свободная энтальпия быстрее изменяется при росте температуры вблизи 300 К:

1 моль Н₂ 1 моль J₂ (газ) 1 моль N₂ 1 моль О₂

Воспользуйтесь справочными данными.

26. Как изменяется энтропия (при постоянстве внутренней энергии и объёма) и изобарно-изотермический потенциал (при постоянстве давления и температуры) при протекающем самопроизвольно процессе?

27. Каково соотношение между свободной энтальпией и свободной энергией для данной термодинамической системы? Дайте математическое выражение.

28. Какой термодинамический потенциал следует выбрать в качестве критерия направленности реакции, если она протекает в закрытом автоклаве при постоянной температуре? Каково условие самопроизвольного течения процесса, выраженное с помощью этого потенциала?

29. В условиях постоянства температуры и давления стремление системы к равновесию определяется величиной и знаком G. В то же время процессы могут быть как экзотермическими, так и эндотермическими, а энтропия может увеличиваться или уменьшаться. Что с этой точки зрения будет способствовать полноте протекания самопроизвольного процесса при постоянных температуре и давлении?

30. Процесс протекает в условиях постоянства температуры и объёма. Какой термодинамический потенциал следует выбрать в качестве критерия самопроизвольного протекания процесса в этих условиях?

31. Какие параметры системы необходимо поддерживать постоянными для того, чтобы по знаку изменения энтропии можно было бы судить о направлении самопроизвольного протекания процесса?

32. При каких условиях внутренняя энергия системы может служить критерием направленности процесса? Как она изменяется в ходе самопроизвольного процесса в этих условиях?

33. Для некоторого процесса термодинамический потенциал, характеризующий направление процесса в системе (будь то G, F, U или H), согласно расчету, должен возрастать при постоянстве своих естественных переменных. Это указывает, что данный процесс является несамопроизвольным. Но означает ли это, что данный процесс является совершенно невозможным?

34. Для какой цели вводится понятие о термодинамических потенциалах?

35. В каких случаях термодинамические функции приобретают свойства термодинамических потенциалов?

36. При каких условиях величина Н равна максимальной полезной работе?

37. Напишите уравнение, связывающее изменение свободной энергии F, температурный коэффициент этого изменения и изменение внутренней энергии U в ходе термодинамического процесса при постоянной температуре.

38. Укажите, в каком процессе и при каких условиях изменение энтропии равно работе этого процесса?

39. В некотором самопроизвольно протекающем изобарно-изотермическом процессе энтропия убывает. Сопоставьте изменение изобарно-изотермического потенциала G и тепловой эффект процесса Н по величине. Что больше?

40. В изолированной системе самопроизвольно протекает химическая реакция с образованием некоторого количества конечного продукта. Как изменится энтропия такой системы?

41. Как изменяется энтропия изолированной системы, в которой обратимо кристаллизуется вещество?

42. Какие данные необходимы для расчёта изменения энтропии в процессе превращения 1 моля воды, взятой в виде льда при 0^оС, в пар при 200^оС и давлении 1 атм?

43. Дайте формулу, устанавливающую связь между изменениями свободной энергии F и свободной энтальпии G при изотермическом расширении 1 моля идеального газа от объёма V₁ до объёма V₂ .

44. Какие данные необходимы для расчёта величины F при обратимом испарении 1 моля воды при нормальной температуре кипения?

45. Жидкость превращается в пар при определённой температуре и давлении. Каково соотношение между G и F для этого процесса? Что больше?

46. Укажите, чему равно изменение свободной энтальпии G и свободной энергии F при равновесном испарении 1 моля жидкости, если образующийся пар подчиняется законам идеальных газов?

47. Какой знак будет иметь величина G для процесса перехода жидкого бензола при 10^оС в твёрдый бензол при этой температуре, если температура плавления бензола равна 5,5^оС? Какое состояние бензола  жидкое или твёрдое  является более устойчивым при температуре 10^оС?

48. Дайте математические выражения, показывающие, как изменяется энтропия, свободная энергия и свободная энтальпия при конденсации водяного пара в лёд при 273 К и давлении 1 атм. Считать водяной пар идеальным газом.

49. Можно ли, пользуясь уравнениями второго закона термодинамики, рассчитать изменение термодинамических функций (S, G, H, F, U) для необратимых процессов?

50. Укажите, в каком из следующих четырех случаев распределения частиц по ячейкам фазового пространства энтропия наибольшая:

А

Б

В

Г























