Termodinamik potensiallar

Yechilgan mashqlar

- 1-mashq

Keling, uchta energiya darajasiga ega bo'lgan faqat uchta zarrachadan tashkil topgan tizimdan iborat oddiy ishni ko'rib chiqaylik. Ushbu oddiy tizim uchun:
a) Uch harorat diapazoni uchun mumkin bo'lgan mikrostatlar sonini aniqlang:
-Yuqori
- Yarim
-Low
b) Boltsman tenglamasi yordamida entropiyani har xil harorat oralig'ida aniqlang.
c) natijalarni muhokama qiling va ularning termodinamikaning uchinchi qonuniga zid yoki yo'qligini tushuntiring.

Qaroringiz

Molekulyar va atom miqyosida tizim qabul qilishi mumkin bo'lgan energiyalar kvantlanadi, demak ular faqat ma'lum diskret qiymatlarni olishlari mumkin. Bundan tashqari, harorat juda past bo'lganda, tizimni tashkil etuvchi zarralar faqat eng past energiya sathlarini egallash imkoniyatiga ega.

Yuqori harorat

Agar tizim nisbatan yuqori harorat T ga ega bo'lsa, u holda zarrachalar mavjud bo'lgan har qanday darajani egallash uchun etarli energiyaga ega bo'lib, quyidagi rasmda paydo bo'ladigan 10 ta mikrostatni keltirib chiqaradi:

O'rtacha harorat

Agar tizim oraliq haroratga ega bo'lsa, unda uni tashkil etuvchi zarralar eng yuqori energiya darajasini egallash uchun etarli energiyaga ega emas. Mumkin bo'lgan mikrostatlar rasmda keltirilgan:

Past harorat

Agar bizning idealizatsiya qilingan uchta zarracha va uchta energiya darajasidagi tizimda harorat pasayishda davom etsa, unda zarrachalar shunchalik kam energiyaga ega bo'ladiki, ular faqat eng past darajani egallashi mumkin. Bunday holda, 6-rasmda ko'rsatilgandek, faqat bitta mumkin bo'lgan mikrostat qoladi:

Qaror b

Har bir harorat oralig'idagi mikrostatlar soni allaqachon ma'lum bo'lganligi sababli, endi har bir holatda entropiyani topish uchun yuqorida keltirilgan Boltsman tenglamasidan foydalanishimiz mumkin.
S = k ln (10) = 2.30 x k = 3.18 x 10-23 J / K (Yuqori harorat)
S = k ln (4) = 1.38 x k = 1.92 x 10-23 J / K (O'rtacha harorat)
Va nihoyat:
S = k ln (1) = 0 (Past harorat)