エントロピーの変化分の計算

質問

温度T＝373K、圧力p=1atmに保たれた容器に、水と水蒸気が共存状態にある。準静とは限らない過程で1molの水が水蒸気に変わったが、変化後も共存状態で温度・圧力は変化前と同じままであった。この変化における系のエントロピーの変化分を計算せよ。ただし、この場合の気化熱は40670Jである。
という問題の解法を教えてください。
準静ではないので、
dU=TdS-pdV+μdN
の両辺を積分するといった方法を取ればよいのでしょうか？？

回答No.2

jamf0421 · ベストアンサー

熱力学の計算は準静的なルートに沿って、というのが原則です。
この例の初期条件は、ピストンで1気圧に保たれ、100℃に維持された容器の中に、1気圧の水蒸気と水があった、ということですね。それだけならそれ以上何も起きないです。さらに水を蒸気にする操作が必要ですが、準静的条件では100℃に限りなく近くて、100℃より微少量高い温度にしてやったら、熱が流れて系は吸熱をして100℃の水が蒸発し、100℃の水蒸気になり（温度変化なし）、その間ピストンがおされ1気圧が保たれているということですね。気化熱が40670 J/molでしたら、その分が吸熱されるはずです。それを温度373Kで割った値がエントロピー変化ではないでしょうか。

お礼

御回答ありがとうございます。
非常にご丁寧な説明のお陰で、良く理解できました。
また機会があればお願いします。

回答No.4

jamf0421

No.1とNo.3をお答えになった方へのご質問ですが...
>エントロピーは状態量だから、２状態を結ぶ過程が準静であろう
>となかろうと（道筋に関係なく）、エントロピー変化は同じ、と
>いうことであると解釈しましたがよろしいでしょうか。

おっしゃるとおりエントロピーは状態状態量で、状態が決まれば一意的に決まるものです。変化量もはじめの状態と終わりの状態さえ決めれば一意的にきまります。
ただし、エントロピーの定義は可逆変化に対してdS=dQ/Tです。閉鎖系で起こるすべての不可逆変化に対してはdS>dQ/Tです。dS=dQ/T + dQ'/Tと書いて、dQ'を非補正熱と呼んだりします。dQ'は系内の不可逆変化で生じるエントロピー生成に対応するもので、熱という呼び名は必ずしも適当ではありません。そこでエントロピー変化を実際に計算するときには、可逆変化（実際には準静的過程）をたどります。

お礼

詳しい解説どうもありがとうございます。

回答No.3

Meowth

エントロピーは状態量ですから

お礼

エントロピーは状態量だから、２状態を結ぶ過程が準静であろうとなかろうと（道筋に関係なく）、エントロピー変化は同じ、ということであると解釈しましたがよろしいでしょうか。

2度も回答戴きありがとうございます。
感謝しています。

回答No.1

Meowth

エントロピーの変化分
=40670/373=109(J/K)

お礼

御回答ありがとうございます。
準静過程でないのにそのように計算しても良いのでしょうか？？