Физический смысл энтропии

Все тепловые явления в конечном итоге сводятся к механическому движению атомов и молекул тела. Поэтому необратимость тепловых процессов находится на первый взгляд в противоречии со всеми чисто механическими движениями (без трения). На самом деле это противоречие только кажущееся.

Рассмотрим, например, такой чисто необратимый процесс, как расширение газа в пустоту. Пусть газ находится первоначально в одной из половин сосуда, разделенного перегородкой на две равные части. При открытии отверстия в перегородке газ равномерно заполняет весь сосуд. Обратный же переход газа в одну из половин сосуда никогда самопроизвольно не произойдет

Причину этого легко выяснить простым подсчетом. Каждая молекула газа при своем движении в среднем проводит одинаковое время в обеих частях сосуда; можно сказать, что вероятность ее нахождения в каждой из половин сосуда равна 1/2. Вероятность найти две молекулы одновременно в одной половине сосуда составляет

Таким образом, необратимость тепловых процессов имеет вероятностный характер

Самопроизвольный переход тела из равновесного состояния в неравновесное, строго говоря, не невозможен, а лишь подавляюще менее вероятен, чем переход из неравновесного состояния в равновесное. В конечном итоге необратимость тепловых процессов обуславливается колоссаль­ностью числа частиц, из которых состоят тела.

Количественной характеристикой вероятности макроскопического состояния тела, возрастающей (как и энтропия!) при переходе тела в состояние равновесия, является число микроскопических способов, которым это макроскопическое состояние может быть осуществлено. Это число называют статистическим весом состояния; обозначим его буквой Г.

где к — постоянная Больцмана.

Больцман показал, что энтропия системы, как и Г, возрастает при необратимых процессах и равна

Дата добавления: 2014-01-20