エントロピー変化について

質問

ある温度において、系が外界と熱平衡にあって、系と外界からなる全系は孤立していて、理想気体からなる系で、外界から熱量を得て、体積V1からV2に等温膨張した。
1、可逆過程における、系、外界のエントロピー変化を示せ。
2、不可逆過程における、系、外界のエントロピー変化を示せ。
という問題が出されたのですが、
1はΔS系＝Q/T　、ΔS外界＝－Q/T
2はΔS系＝Q/T　、ΔS外界＝0
で合ってますか？
また、可逆過程と不可逆過程によってどのような違いが生じるのかよくわかりません。
また、全系が孤立しているとはどういうことなのでしょうか？

回答No.1

モグモグ マメタロウ（@mamesensi） · ベストアンサー

問題のＶ１とＶ２を使って、ΔＳ系＝ｎＲｌｎ（Ｖ２/Ｖ１）とた方がいいんではないでしょうか？よって、ΔＳ外界は上の符号を逆にして、負で。
不可逆過程においては、ΔＳ外界は０であってると思います。

不可逆過程、たとえば自由膨張した場合を考えると、系のエントロピー変化は可逆・不可逆どちらも同じになることがわかると思います（エントロピーは状態関数であるので、始状態と終状態の経路には無関係であるので）

しかし、完全気体の熱膨張において、ΔＵ＝０であり、系は外界に対し、仕事もしていないから、外界から熱が流れ込むことはない。すなわち、ｑ＝０であるから、外界のエントロピー変化ΔＳ外界＝－ｑ/Ｔより、ΔＳ外界＝０となる。すなわち、非可逆過程では宇宙のエントロピーは増大するという熱力学第二法則に結びつくのです。

全系が孤立しているとは、この場合、全系（系と外界からなる）が熱力学的意味で小さな”宇宙”を形成しているのですが、その小さな宇宙とに対して、他の宇宙（系）との間に「エネルギー」も「もの」も交換できない状態にあることを差します。

自分の持っている参考書のいわゆる「孤立系」の定義には、「外界とのあいだでエネルギーもものも交換できない系」となっていますが、この問題では「系と外界」というものをあわせて全系としてあり←それが孤立しているとのことなので、さらにその全系の外界から孤立してるということができると思います。

お礼

回答ありがとうございます。
大変よくわかりました。