В общем виде второй закон термодинамики записывается

, (3.12)

где знак равенства относится к обратимым процессам, а знак неравенства – к необратимым процессам.

Напомним, что в обратимых процессах система выполняет максимальную работу, а потерянная работа в реальных процессах всегда больше нуля:

. (3.13)

Из закона сохранения энергии следует, что энергетический эквивалент «потерянной» работы не может исчезнуть совсем. Опыт показывает, что «потерянная» работа чаще всего переходит в теплоту. Тогда в балансе теплоты и работы при необратимых процессах следует учитывать дополнительный внутренний источник теплоты:

(3.14)

Величину δQ ^* называют некомпенсированной теплотой независимо от физической природы работы. Переход потерянной работы в теплоту – это особеность теплоты как микроскопически неупорядоченной формы передачи энергии. Поэтому строго неравенство (3.12) следует записывать так:

, (3.15)

где δQ^e – теплота, которой система обменивается с окружающей средой.

Особенность теплообмена при необратимых процессах состоит в появлении нового источника теплоты – некомпенсированной теплоты. Уравнение баланса энтропии можно выразить равенством

, (3.16)

или

, (3.17)

где вклад dS^e связан с переносом тепла извне (из окружающей среды), а вклад dSⁱ обусловлен необратимыми изменениями внутри системы:

dS ⁱ > 0 для необратимых процессов и dS ⁱ = 0 для обратимых процессов.

Статистическая физика связывает энтропию с вероятностью осуществления данного макроскопического состояния системы. Энтропия определяется через логарифм статистического веса Ω (термодинамическая вероятность) данного равновесного состояния:

, (3.18)

где Ω_(ε,N) – число квантовомеханических уровней энергии в узком интервале энергии Δ ε вблизи значения энергии ε системы из N частиц; в классической статистической физикеΩ – величина объема в фазовом пространстве системы при заданных ε и N. Впервые связь энтропии с вероятностью состояния системы установилЛ. Больцман в 1872 году: возрастание энтропии системы обусловлено ее переходом из менее вероятного состояния в более вероятное. Изолированная система эволюционирует в направлении наиболее вероятного распределения энергии по отдельным подсистемам.

Дата добавления: 2014-01-04