Второй закон термодинамики. Этот закон устанавливает критерий, отражающий одностороннюю направленность необратимых процессов независимо от их конкретной природы

Этот закон устанавливает критерий, отражающий одностороннюю направленность необратимых процессов независимо от их конкретной природы. Согласно второму закону, состояние термодинамической системы может быть описано особой функцией состояния - энтропией S. Изменение энтропии dS определяется суммарным значением поглощенных системой приведенных теплот Q/T. При бесконечно малом изменении состояния системы изменение энтропии dS равно (если процесс равновесный) или больше (если процесс неравновесный) значения поглощенной системой элементарной приведенной теплоты δQ/T

(1.8)

Для системы, которая не обменивается теплом с внешней средой, δQ=0 и уравнение (1.8) принимает вид

(1.9)

Следовательно, в изолированной системе энтропия остается неизменной в равновесных процессах и возрастает в неравновесных. Это и является критерием направленности превращений в изолированной системе. Таким образом, протекающий в изолированной системе самопроизвольный неравновесный процесс всегда вызывает увеличение энтропии до ее максимальных значений при окончании процесса и установлении термодинамического равновесия. Энтропия измеряется в Дж/К или в энтро­пийных еденицах (э.ед).

В качестве примера приведем абсолютные значения энтропии 1 М воды (Н₂О) в различных агрегатных состояниях:

- в твердом состоянии (лед): S = 41кДж/К (9,8э.ед);

- в жидком состоянии: S = 70кДж/К (16,7э.ед);

- в газообразном состоянии (при давлении 1 атм): S = 189кДж/К (45,1э.ед).

Приведенные данные хорошо показывают корреляцию энтро­пии с неупорядоченностью системы: чем более неупорядоченная система (газообразное состояние), тем больше ее энтропия. Это обстоятельство не является случайным и находит свое объяснение при трактовке энтропии с помощью понятий статистической физики, данной впервые Л. Больцманом. Энтропия, согласно трактовке Больцмана, является мерой неупорядоченности системы. В результате самопроизвольных процессов изоли­рованная система переходит в состояние термодинамического равновесия, которое характеризуется максимальной энтропией (рис.1).

Рис. 1. Изменение энтропии S изолированной системы при достижении со­стояния термодинамического равновесия.

При равновесии происходят флуктуации, вызывающие локальное уменьшение энтропии dS < 0. Но в системе возникают такие процессы, которые возвращают ее назад в равновесное состояние с максимальной энтропией и максимальной разупо-рядоченностью. Следовательно, стремление энтропии к максимальному значению является главным эволюционным принципом изолированной термодинамической системы.

Дата добавления: 2014-01-07