Номер 1, страница 284 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 87. Второй закон термодинамики. Глава 13. Основы термодинамики - номер 1, страница 284.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Термин «направление процесса» в естественных науках, особенно в химии и термодинамике, относится к определению того, может ли данный процесс протекать самопроизвольно при заданных условиях, или же для его осуществления требуется внешнее воздействие. Иными словами, это ответ на вопрос: «Пойдёт ли реакция или изменение состояния сама по себе?»

Процессы можно разделить на две основные категории:

• Самопроизвольные процессы: это процессы, которые протекают без непрерывного подвода энергии извне. Они происходят «сами по себе». Примеры: остывание горячего чая до комнатной температуры, падение камня, ржавление железа, растворение сахара в воде.
• Несамопроизвольные процессы: это процессы, которые не могут протекать без постоянного внешнего воздействия (например, подвода энергии). Чтобы такой процесс шёл, нужно постоянно «заставлять» его это делать. Примеры: нагревание воды от комнатной температуры до кипения (требует подвода тепла), подъем камня вверх (требует приложения силы), электролиз воды (требует электрического тока).

Ключевым для определения направления процесса является второй закон термодинамики. Он устанавливает, что в изолированной системе самопроизвольно могут протекать только те процессы, которые ведут к увеличению беспорядка, или, говоря научным языком, к увеличению энтропии ($S$). Для самопроизвольного процесса в изолированной системе изменение энтропии всегда положительно: $\Delta S_{системы} > 0$.

Однако большинство процессов протекает не в изолированных системах, а при постоянном давлении и температуре (например, реакции в открытой колбе). В таких случаях для определения направления процесса используют более удобную термодинамическую функцию — энергию Гиббса ($G$). Она учитывает два конкурирующих фактора:

1. Стремление системы к минимуму энергии (энтальпийный фактор, $\Delta H$). Системы стремятся перейти в состояние с меньшей энергией, поэтому экзотермические процессы ($\Delta H < 0$), идущие с выделением тепла, часто являются самопроизвольными.
2. Стремление системы к максимальному беспорядку (энтропийный фактор, $T\Delta S$). Системы стремятся к увеличению энтропии ($\Delta S > 0$).

Изменение энергии Гиббса ($\Delta G$) связывает эти два фактора воедино формулой:

$\Delta G = \Delta H - T\Delta S$

где $T$ — абсолютная температура в Кельвинах.

Направление процесса определяется знаком $\Delta G$:

• Если $\Delta G < 0$, процесс является самопроизвольным (или экзергоническим) и может протекать в прямом направлении при данных условиях.
• Если $\Delta G > 0$, процесс является несамопроизвольным (или эндергоническим) в прямом направлении. Однако в обратном направлении он будет самопроизвольным.
• Если $\Delta G = 0$, система находится в состоянии равновесия. Прямой и обратный процессы протекают с одинаковой скоростью, и видимых изменений не происходит.

Таким образом, зная изменения энтальпии и энтропии для процесса, можно вычислить $\Delta G$ и предсказать его направление при заданной температуре.

Ответ:Направление процесса — это термодинамическая характеристика, указывающая на возможность самопроизвольного протекания данного физического или химического изменения при определённых условиях. Оно определяется стремлением системы к достижению наиболее устойчивого состояния, что количественно выражается через изменение энергии Гиббса ($\Delta G$). Если $\Delta G < 0$, процесс самопроизвольный; если $\Delta G > 0$, процесс несамопроизвольный; если $\Delta G = 0$, система находится в равновесии.