5.4.2 Entropian muuttuminen ja energiatase

Tarkastellaan vakiolämpötilassa T olevaa suljettua systeemiä, jonka kineettinen, potentiaali- ja pintajännitysenergia eivät muutu. Systeemin energiatase on tällöin

dE = dUT + dUm = δQ + δW

Systeemiin tehty työ on tilavuudenmuutostyötä, δW = -pdV. Jos systeemin sisällä ei tapahdu palautumattomuuksia (eli entropiaa ei kehity), pätee lisäksi δQ = TdS. Tällöin energiatase saadaan muotoon

dUT + dUm = TdS - pdV

Järjestelemällä termit uudelleen saadaan energiataseesta ratkaistuksi entropian muutoksen yhtälö tarkasteltavalle systeemille

dS =
dUT
──────
T
+
dUm
──────
T
+
  pdV
──────
T

Jos systeemi ei ole palautuva vaan siinä kehittyy entropiaa, entropian muutokseen on laskettava mukaan kehittyvän entropian osuus dSkeh. Kun entropian kehittyminen systeemissä otetaan huomioon, saadaan entropiataseeksi suljetulle systeemille, jossa tapahtuu palautumattomia prosesseja

dS =
dUT
──────
T
+
dUm
──────
T
+
  pdV
──────
T
+ dSkeh

Jos systeemin prosessit ovat palautuvia eikä aineessa tapahdu kemiallisia reaktioita, niin

dS =
dUT
──────
T
+
 p dV 
──────
T

Moolientropian ja ominaisentropian muutosten yhtälöiksi saadaan tällöin

dSm =
dUT m
──────
T
+
 pdVm
──────
T

ja

ds =
duT
─────
T
+
 pdv
─────
T



Faasinmuutos

Faasinmuutokset tapahtuvat aina vakiolämpötilassa. Faasinmuutoksia ovat mm.

kiinteä Û neste sulaminen, jähmettyminen
neste Û kaasu höyrystyminen, lauhtuminen
kiinteä Û kaasu sublimaatio, härmistyminen
kiinteä Û kiinteä molekyylit pinoutuvat eri tavalle, esim.
ferriittinen ja austeniittinen teräs

Faasinmuutoksen tapahtuminen vaatii (ominais-)faasinmuutoslämmön l [ kJ / kg ]. Faasinmuutoksen yhteydessä tapahtuva entropianmuutos on

ΔS = m l / T .