質問: エントロピーの変化分の計算 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: 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°C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°Cに限りなく近くて、100°C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°Cの水が蒸発し、100°C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。