Калькулятор термодинамической энтропии
Калькулятор термодинамического изменения энтропии в формула расчета по Клаузиусу для фазового перехода, нагрева, охлаждения и смешения двух тел. Показывает теплоту процесса, равновесную температуру и суммарную энтропию изолированной системы.
Что считает калькулятор энтропии
Этот инструмент считает термодинамическое изменение энтропии системы в Дж/К. Он подходит для учебных и оценочных задач по фазовым переходам, нагреву, охлаждению и смешению двух тел.
- dS — малое изменение энтропии системы.
- delta Q rev — теплота на обратимом пути между теми же состояниями.
- T — абсолютная температура участка в Кельвинах.
Энтропия является функцией состояния: результат зависит от начального и конечного состояния системы. Поэтому для необратимого процесса используют удобный обратимый путь между теми же состояниями.
Формулы для типовых задач
- Delta S — изменение энтропии при фазовом переходе.
- Q — теплота плавления, кристаллизации, испарения или конденсации.
- T — постоянная температура фазового перехода в Кельвинах.
- Delta S — изменение энтропии при нагреве или охлаждении без смены фазы.
- m — масса вещества.
- c — удельная теплоёмкость, которую считают постоянной на выбранном интервале.
- T1 — начальная абсолютная температура.
- T2 — конечная абсолютная температура.
- Tf — равновесная температура после смешения.
- m1 и m2 — массы двух тел.
- c1 и c2 — удельные теплоёмкости тел.
- T1 и T2 — начальные абсолютные температуры.
- Delta S tot — суммарное изменение энтропии изолированной системы.
- Delta S1 — вклад первого тела.
- Delta S2 — вклад второго тела.
| Процесс | Когда выбирать | Ожидаемый знак |
|---|---|---|
| Плавление | Температура остаётся на точке плавления | положительный |
| Кристаллизация | Температура остаётся на точке плавления | отрицательный |
| Испарение | Температура остаётся на точке кипения | положительный |
| Конденсация | Температура остаётся на точке кипения | отрицательный |
| Нагрев или охлаждение | Фаза не меняется, теплоёмкость можно считать постоянной | по направлению изменения температуры |
| Смешение двух тел | Система изолирована и теплообмен идёт без потерь | сумма неотрицательная |
| Величина | Единица | Где используется |
|---|---|---|
| Энтропия и её изменение | итоговый результат | |
| Теплота | Дж | фазовый переход и нагрев |
| Абсолютная температура | К | все режимы |
| Удельная теплоёмкость | нагрев и смешение | |
| Удельная теплота плавления или испарения | Дж/кг | фазовый переход |
| Масса | кг | все режимы |
Как выбрать режим расчёта
- Выберите фазовый переход, если вещество плавится, кристаллизуется, испаряется или конденсируется при постоянной температуре.
- Выберите нагрев или охлаждение, если фаза не меняется, а теплоёмкость на выбранном интервале можно считать почти постоянной.
- Выберите смешение тел, если два тела с разной температурой приходят к равновесию в изолированной системе.
- Если задача включает несколько участков, посчитайте каждый этап отдельно и сложите изменения энтропии.
Смешение тел и второе начало термодинамики
Когда два тела с разными температурами приводят в тепловой контакт, теплообмен идёт от горячего к холодному до выравнивания. Одно тело может потерять энтропию, но сумма для изолированной системы не убывает.
Положительная суммарная энтропия при смешении показывает необратимость самопроизвольного теплообмена. Обратный процесс, при котором тепло само переходит от холодного тела к горячему, противоречил бы второму началу термодинамики.
Примеры и ограничения
Для плавления льда при нуле градусов Цельсия используйте режим фазового перехода: температура остаётся постоянной, а теплота берётся из табличной удельной теплоты плавления.
Для нагрева воды от комнатной температуры до горячей воды подходит режим нагрева, если внутри интервала нет кипения. Ввод в градусах Цельсия удобен, но расчёт всё равно выполняется через Кельвины.
Для смешения горячей и холодной воды калькулятор сначала находит равновесную температуру, затем показывает вклад каждого тела и суммарное изменение энтропии.
- Табличные температуры плавления и кипения зависят от давления; встроенные значения ориентированы на обычное атмосферное давление.
- Теплоёмкость вещества может заметно меняться на широком температурном диапазоне.
- Формула нагрева не подходит, если внутри интервала происходит плавление, кипение или другой фазовый переход.
- Смешение считается как изолированная система без потерь тепла в окружающую среду.
Часто задаваемые вопросы
Источники и нормативная база
- OpenStax University Physics Volume 2 — 4.6 EntropyOpenStax
- OpenStax Physics — 12.3 Second Law of Thermodynamics: EntropyOpenStax
- Entropy — HyperPhysicsHyperPhysics
Расчёты выполняются на основе указанных нормативных и справочных источников. Ссылки открываются в новой вкладке.
Похожие инструменты
Удельная c, молярная C_μ и полная C теплоёмкости с автопересчётом через массу и молярную массу. Для газов: формула расчета, формула расчета, γ, соотношение Майера и сравнение теории с экспериментом. 23 вещества + ручной ввод + 12 газов (He, H₂, N₂, O₂, воздух, CO₂, H₂O пар, NH₃, CH₄).
Расчёт количества теплоты при нагреве, охлаждении и фазовых переходах. 3 режима, 22 пресета веществ (вода/лёд/пар, металлы, спирт, ртуть, бетон), многоступенчатый нагрев с автоматической разбивкой по этапам и графиком T(Q). Энергия в формула расчета + бытовые эквиваленты.
Калькулятор закона идеального газа для давления, объёма, температуры и количества вещества. Считает массу, плотность, число молекул, молярный объём и учебные изопроцессы; давление вводится как абсолютное.
Линейное формула расчета. Оценка термических напряжений формула расчета по справочным пределам. 22 материала (сталь, алюминий, медь, бетон, инвар…) и 11 жидкостей (вода с ограничением для 0–4°C, бензин, спирт, ртуть). Пересчёт плотности при нагреве, визуализация «было → стало».