Bài tập lớn Vật lý đại cương - Đề tài 9: Entropy và ứng dụng Entropy - Phạm Tấn Phát

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN VẬT LÝ A1
--------*-------
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
ĐỀ TÀI SỐ: 9
GVHD:_Nguyễn Thị Minh Hương_
Khoa:	____Kỹ Thuật Hóa Học____ 
Lớp :	___HC12HC06______
Nhóm: 	____10____
Nhóm sinh viên thực hiện:
Họ và tên
MSSV
Tp. HCM, tháng _1_năm_2013__
Danh sách nhóm 10:
1.Phạm Tấn Phát 	(61202689)
2.Phạm Trọng Nghĩa 	(61202378)
3.Đỗ Lê Hồng Ngọc 	(61202400)
4.Lê Phương Nghi 	(61202340)
5.Huỳnh Tấn Phát 	(61202670)
6.Hoàng Minh Nhã 	(61202495)
7.Trương Hữu Nghĩa 	(61202387)
8.Vũ Hoàng Nguyên 	(61202474)
9.Nguyễn Phương Nam	 (61202267)
Entropy Và 
Ứng Dụng Entropy
Mục Lục:
1.Cha đẻ của entropy
2.Khái niệm chung về entropy
-	Chu trình carnot
-	Tính chất của entropy
-	Định luật Nernst
3.Ứng Dụng của entropy
-	Sự giản nở vũ trụ 
-	Công nghệ nhiệt lạnh
-	Entropy trong kinh tế
-	Entropy thông tin
1/Cha đẻ của Entropy
Rudolf Julius Emanuel Clausius (2/1/1822 – 24/8/1888), là nhà vật lý và là nhà toán học người Đức, được xem là người đặt nền móng khoa học cho nhiệt động lực học. Khái niệm entropy xuất phát từ nghiên cứu của Rudolf Clausius về chu trình carnot.  
Năm 1865 Clausius đưa ra khái niệm về entropy. Ông là người đặt ra đơn vị 'Clausius' (ký hiệu: Cl) cho entropy. Clausius chọn từ "entropy" vì theo tiếng Hy lạp, en+tropein, là "nội năng chuyển đổi".
 Rudolf Clausius - Cha đẻ của khái niệm entropy. 
Rudolf Julius Emanuel Clausius có hai câu nói nổi tiếng về Entropy 
*. “Năng lượng của Vũ Trụ là một hằng số." 
*. “Entropy của Vũ Trụ có khuynh hướng đạt cực đại." 
2/Khái niệm của Entropy
Dựa vào nguyên lý 2 nhiệt động lực học, nghiên cứu sự liên hệ giữa lượng nhiệt mà hệ thu vào với công mà hệ thực hiện khi chuyển từ nhiệt độ cao đến nhiệt độ thấp, các nhà khoa học đưa ra khái niệm entropi: S.
Trong nhiệt động lực học, entropy nhiệt động lực (hay gọi đơn giản là entropy) ký hiệu là S , là một đơn vị đo nhiệt năng phát tán, hấp thụ khi một hệ vật lý chuyển trạng thái tại một nhiệt độ tuyệt đối xác định  T 
 Ví dụ của entropy ngày 
 càng tăng 
Cổ Điển Nhiệt Động Cơ Carnot
Chu trình Carnot
Chu trình Carnot là một chu trình nhiệt động học nghiên cứu bởi Nicolas Léonard Sadi Carnot trong thập niên 1820 và Benoit Paul Émile Clapeyron vào khoảng thập niên 1830 và 1840. Các nghiên cứu này có động cơ là tìm kiếm một chu trình nhiệt động lực học có hiệu suất cao nhất, và chu trình Carnot được chứng minh là chu trình dành cho động cơ nhiệt hay máy lạnh có hiệu năng tốt nhất. Đây cũng là nội dung của định lí Carnot. 
Chu trình Carnot cũng là một chu trình thuận nghịch. Người ta cũng đã chứng minh rằng mọi chu trình nhiệt động lực học thuận nghịch đều là chu trình kết hợp của các chu trình Carnot nhỏ hơn.
Chu trình Carnot bao gồm các quá trình đẳng nhiệt và đẳng entropy thuận nghịch. Hình 1 A mô tả cho chúng ta thấy hoạt động của chu trình Carnot với từng quá trình truyền nhiệt được giao cho từng thiết bị độc lập. 
Các trạng thái thay đổi của dòng chất lỏng làm việc được mô tả trong sơ đồ nhiệt-entropy 
 hình 1 B
 Hình 2: Biểu đồ Entropy - Nhiệt độ chu trình Rankline 
**Ta thấy hiệu suất của quá trình phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ đầu vào và đầu ra của toàn bộ quá trình Rankine, một kỹ sư người Scotland đã cải tiến chu trình Carnot nhằm nâng cao hiệu suất của nhà máy nhiệt điện. Nguyên lý Rankine hoàn toàn dựa trên chu trình Carnot với một khác biệt là do quá trình ngưng cũng bao gồm cả quá trình giải nhiệt liên tục cho đến khi quá trình ngưng hoàn toàn được ổn định nên Rankine đưa thêm một bơm nước thay thế cho quá trình nén hai pha. Sơ đồ nhiệt độ - entropy mô tả thay đổi trạng thái của chất lỏng trong chu trình Rankine. Như chúng ta thấy quá trình nén được kết thúc (ở trạng thái a) tại áp suất sôi thay vì nhiệt độ sôi (trạng thái a’), và qua đó hoàn tất chu trình Carnot. 
Tính chất của Entropy
Entropy là một hàm trạng thái 
Đơn vị của entropy là Joule trên độ Kelvin, kí hiệu J.K-1. 
Tổng quát hóa, khi hệ nhận được δQ joule nhiệt lượng trong một quá trình thuận nghịch vi mô ở nhiệt độ T, entropy của nó tăng :
 dS(hệ) = δQ(thuận nghịch)/T.
Bất đẳng thức xây dựng bởi Clausius cho những biến đổi không thuận nghịch :
 ΔS(hệ) > Q(không thuận nghịch)/T 
Entropy có thể tăng một cách đột ngột trong một quá trình không thuận nghịch. Thật vậy, theo định luật thứ 2 của nhiệt động học, entropy của một hệ cô lập không thể giảm, mà chỉ có thể tăng hoặc giữ nguyên giá trị trong trường hợp quá trình biến đổi là thuận nghịch.
Nếu như định luật thứ nhất là định luật bảo toàn năng lượng của hệ thì định luật thứ hai là định luật về sự biến đổi của hệ: Tất cả các sự biến đổi thực đều được thực hiện với sự tăng lên của sự 'hỗn loạn' chung ( bao gồm hệ + môi trường ngoài); sự hỗn loạn được đo bằng entropy. Ở đây, chúng ta nói rằng có sự tăng entropy.
Phương trình của định luật thứ hai mô tả sự tăng entropy:
*ΔS(chung) = S(tạo ra) = ΔS(hệ) + ΔS(môi trường ngoài) > 0
Trong trường hợp biến đổi là lý tưởng ( thuận nghịch), không có sự tạo ra entropy:
*S(tạo ra) = ΔS(hệ) + ΔS(môi trường ngoài) = 0. 
Nhiệt độ tăng thì S tăng , p tăng thì S giảm
Chất càng rắn S càng nhỏ
Ví dụ ở 500K : 
	SBi = 17, SW =11.1, Skim cương=2 (cal/mol.K)
Phân tử càng lớn S càng lớn.
Ví du: S0O = 38.47 , S0O2 = 49.0, S0O3 = 57.08 (cal/mol.K)
Định Luật Nernst
(Nguyên lý 3 nhiệt động lực học) 
.Entropy ở tất cả các tinh thể tinh khiết ở 0 K đều bằng 0 . Với các chất khác , nguyên lý phát biểu như sau :
-Khi một hệ tiến đến 0K , tất cả các quá trình dừng lại và entropy của hệ đạt đến cực tiểu và tiến đến 0 .
Học thuyết “ big bang “ là lời khẳng định đanh thép của thuyết entropy
Học thuyết Big Bang mô tả về quá trình giãn nở của vũ trụ từ thời điểm nó bắt đầu hình thành cho đến nay, có nghĩa là mọi thứ tồn tại trong vũ trụ được dàn trải đều ra theo các chiều không gian. Đó là một trong số những học thuyết cơ bản nhất về sự hình thành và phát triển của vũ trụ. Đồng thời, nó cũng đưa ra một số dự đoán về tương lai của vũ trụ 
 Tại thời điểm ban đầu 
 Vụ nổ “ Big bang” 
 Vũ trụ ngày nay
YÙ nghóa vaät lyù:
Entropi laø thöôùc ño ñoä hoãn loaïn traïng thaùi cuûa heä.
Entropi laø thöôùc ño xaùc suaát cuûa traïng thaùi ñaõ cho cuûa heä.
3/Ứng dụng của Entropy
Sự nở ra của vũ trụ ảnh hưởng của quá trình tăng entropy
Thang đo lường được các chuyên gia sáng tạo nhằm so sánh khoảng cách giữa các cepheids, giúp xác định chính xác nhất độ giãn nở của vũ trụ.
 Thành phần tạo nên tính chất nhiệt của vật là sự dao động mạng tinh thể (entropy mạng), nhưng ở vật liệu từ, ta có thêm một thành phần khác là các mômen từ (entronpy từ). Với một vật thể cách ly nhiệt, tổng entropy của hai thành phần này là không đổi.Nếu ta càng làm biến đổi entropy từ lớn, sẽ dẫn đến khả năng làm lạnh lớn. Đây chính là nguyên lý làm lạnh từ nhiệt 
 Hình 3. Hiệu ứng từ nhiệt 
Hình 4. Công nghệ làm lạnh nén giãn khí (trái) và 
 công nghệ làm lạnh từ nhiệt. 
Năm 1971, Stephen Hawking chứng minh rằng diện tích của chân trời sự kiện của bất kỳ lỗ đen cổ điển đều không bao giờ giảm. Điều này tương tự như định luật thứ hai của nhiệt động lực học, trong đó vai trò diện tích của chân trời sự kiện tương ứng với entropy. Người ta có thể vi phạm nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học bằng việc vật chất trong vũ trụ của chúng ta đi vào lỗ đen và do đó làm giảm entropy của toàn vũ trụ. Chính vì vậy mà Jacob Bekenstein giả thiết rằng lỗ đen cũng có entropy và entropy của nó tỷ lệ với diện tích của chân trời sự kiện. Sử dụng định luật thứ nhất của cơ học lỗ đen người ta thấy rằng entropy của lỗ đen bằng một phần tư diện tích của chân trời sự kiện.Sau đó, người ta còn cho rằng, lỗ đen là các vật thể có entropy cực đại, tức là, trong vùng không-thời gian nào đó, entropy cực đại chính là entropy của lỗ đen chiếm vùng không thời gian đó. 
Một ứng dụng phổ biến của công thức entropy trong công nghiệp tổ chức là việc nghiên cứu thực nghiệm tập trung công nghiệp (Hildenbrand và Paschen 1964; Finkelstein và Friedberg 1967; Theil 1967: 290-291). Áp dụng cho việc phân phối cổ phiếu thị trường, entropy là một giải pháp chuyển đổi từ thị trường độc quyền sang thị trường cạnh tranh. 
Các biện pháp entropy đa dạng hóa cũng đã được áp dụng cho dữ liệu bằng sáng chế và các dữ liệu bibliometric để phân tích sự đa dạng trong các nỗ lực nghiên cứu và sáng tạo kỷ luật, đơn vị tổ chức hoặc địa lý khác nhau phân tích. Trong một nghiên cứu bằng sáng chế về công nghệ xe hơi thân thiện với môi trường, Frenken et al. (2003) đã sử dụng các biện pháp entropy trong hai chiều .
Entropy thông tin 
Entropy thông tin là một khái niệm mở rộng của entropy trong nhiệt động lực học và cơ học thống kê sang cho lý thuyết thông tin.
Entropy thông tin mô tả mức độ hỗn loạn trong một tín hiệu lấy từ một sự kiện ngẫu nhiên. Nói cách khác, entropy cũng chỉ ra có bao nhiêu thông tin trong tín hiệu, với thông tin là các phần không hỗn loạn ngẫu nhiên của tín hiệu.
Ví dụ, nhìn vào một dòng chữ tiếng Việt, được mã hóa bởi các chữ cái, khoảng cách, và dấu câu, tổng quát là các ký tự. Dòng chữ có ý nghĩa sẽ không hiện ra một cách hoàn toàn hỗn loạn ngẫu nhiên; ví dụ như tần số xuất hiện của chữ cái x sẽ không giống với tần số xuất hiện của chữ cái phổ biến hơn là t. Đồng thời, nếu dòng chữ vẫn đang được viết hay đang được truyền tải, khó có thể đoán trước được ký tự tiếp theo sẽ là gì, do đó nó có mức độ ngẫu nhiên nhất định. Entropy thông tin là một thang đo mức độ ngẫu nhiên này.