Энтропия

Наступит тепловая смерть Вселенной.

Принцип возрастания энтропии приводит к мысли (Клаузиус), что энтропия Вселенной приближается к максимуму, по достижении которого во Вселенной прекратятся какие бы то ни были процессы. Должно наступить абсолютно равновесное состояние, в котором никакие процессы уже невозможны.

Энтропия и тепловая смерть.

В настоящее время установлено, что вывод о «тепловой

смерти» Вселенной и первоначальные попытки его опровержения являются несостоятельными, поскольку в них не учитывалось влияние тяготения. Выяснилось, что из-за тяготения однородное изотермическое распределение вещества во Вселенной не соответствует максимуму энтропии, поскольку такое состояние не является наиболее вероятным.

Вселенная нестационарна — она расширяется, и первоначально однородное вещество распадается под действием сил тяготения, образуя скопления галактик, сами галактики, звезды и т.д. Эти процессы происходят с ростом энтропии — в соответствии со вторым началом термодинамики. И ниоткуда не следует, что эти процессы приведут к однородному изотермическому состоянию Вселенной, т.е. к «тепловой смерти» Вселенной.

Любым частицам (молекулам, атомам, ионам) присуще стремление к беспорядочному движению, поэтому система стремится перейти из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное. Количественный мерой беспорядка является энтропия 5. Изменение энтропии ∆5 в изолированной системе, переходящей из состояния 1 в состояние 2, можно определить соот­ношением:

∆5=R1пW₂/W₁,

где R- универсальная газовая постоянная;

W₁.W₂ - параметры беспорядка соответственно в состояниях 1 и 2.

W - термодинамическая вероятность состояния системы, определяющая общее число микросостояний частиц в системе (мгновенные координаты ка­ждой частицы - х„ у_ь г₁ и мгновенные скорости перемещения частиц по

всем координатам V^-_x1, У^-_у1, У^-_z1 c помощью которых осуществляется данное макросостояние (р, Т, U).

Энтропия - термодинамическая функция состояния системы и ее вели-

чина зависит от количества рассматриваемого вещества (массы), температу-ры, агрегатного состояния.

Проследим изменение энтропии при росте температуры на примере

воды| (рис. 4.1).

Рис. 4 1 - Изменение энтропии воды с ростом температуры

При температуре ниже Т= 273 К вода находится в твердом кристалли-ческом упорядоченном состоянии, характеризующемся низкой энтропией. С ростом температуры возрастают колебания молекул воды в кристаллической решетке льда, увеличивается термодинамическая вероятность системы и, сле­довательно, энтропия системы. При температуре плавления нарушается кри­сталлическая структура льда, резко повышается термодинамическая вероят­ность системы, скачком растет энтропия. При нагреве воды возрастают теп­ловые скорости молекул, интенсивность их взаимного перемещения, растет энтропия. Наконец, при температуре кипения переход из жидкого в парооб­разное состояние приводит к резкому скачкообразному возрастанию энтро­пии. Дальнейшее повышение температуры пара ведет к еще большему росту энтропии.

Таким образом у газообразных веществ энтропия выше, чем у жидких, у жидких выше, чем у кристаллических. Изменение энтропии при фазовых переходах определяется:

при плавлении ∆S = ∆H _пл при испарении ∆S = ∆H _исп

T _пл T _исп

где ∆H_пл и ∆H _исп - соответственно удельные теплоты плавления и испарения.

Дата добавления: 2015-07-02