Энтропия и второе начало термодинамики

Понятие энтропии имеет статистическое толкование. Состояние макроскопического тела (т.е. тела, образованного огромным количеством молекул) может быть задано с помощью объёма, давления, температуры, внутренней энергии и других макроскопических величин. Охарактеризованное таким способом состояние называется макросостоянием. Состояние макроскопического тела, охарактеризованное настолько подробно, что оказываются заданными состояния всех образующих тело молекул, называется микросостоянием. Всякое макросостояние может быть осуществлено различными способами, каждому из которых соответствует некоторое микросостояние тела. Число различных микросостояний, соответствующих данному макросостоянию, называется статистическим весом или термодинамической вероятностью макросостояния. В статистической физике существует теорема, которая утверждает о равновероятности всех микросостояний данной системы. В качестве характеристики вероятности состояния можно было бы выбрать статистический вес , однако такая характеристика не обладала бы свойствами аддитивности. Поэтому в качестве характеристики состояния принимается величина S, пропорциональная логарифму статистического веса . (4). где - постоянная Больцмана. Такую величину называют энтропией. Определённая таким образом энтропия обладает следующими свойствами:

1.Энтропия изолированной системы при протекании необратимого процесса возрастает. Действительно, изолированная, т.е. предоставленная самой себе, система переходит из менее вероятных в более вероятные состояния, что сопровождается ростом величины (4).

2.Энтропия системы, находящейся в равновесном состоянии, максимальна.

Эти утверждения и составляют содержание второго начала термодинамики: Энтропия изолированной системы может только возрастать, (либо по достижении максимального значения оставаться неизменной), т.е. .

Неравенство Клаузиуса. Энтропия. Изменение энтропии при обратимых и необратимых процессах. Изменение энтропии в процессах идеального газа.

Теорема Клаузиуса

Рассмотрим обратимый процесс по пути 1а2 и 2б1. Т.к. процессе 1а2б1 обратимый, то для него справедливо равенство Клаузиуса Разобьем этот интеграл на два: по пути 1а2 и 2б1 Поменяем пределы интегрирования второго интеграла или Таким образом, сумма приведенных теплот при переходе из одного состояния в другое не зависит от формы (пути) перехода в случае обратимых процессов. Последнее утверждение носит название теоремы Клаузиуса.

Если же 2б1 я-ся необратимым неравновесным способом то ΔS≥0 (интеграл 1а2 больше) неравенство клаузиуса. Изменение энтропии замкнутой системы может либо равняться улю или возрастать для необратимого процесса.

9.15 ЭнтропияИз теоремы Клаузиуса следует, что приведенная теплота подобно энергии (потенциальной, внутренней) является функцией состояния (не зависит от пути перехода и зависит только от состояния системы). Независимость интеграла от пути перехода означает, что этот интеграл выражает собой изменение некоторой функции состояния системы, она называется энтропия и обозначается буквой S. Изменение энтропии системы, очевидно, равно . Мы говорим только об изменении энтропии (подобно изменению потенциальной энергии , для которой не важно где начало отсчета). Из уравнения что выше вытекает основное количественное выражение второго начала термодинамики

Энтропия – это такая функция состояния, дифференциал которой определяется отношением: . В СИ энтропия измеряется в Дж/К. Приведём формулы для подсчёта изменения энтропии в случае изопроцессов для идеального газа:

а) Изохорический процесс: , .

б) Изобарический процесс: , .

в) Изотермический процесс: , .

г) Адиабатический процесс: , , .

- адиабатический процесс,

- изохорический процесс,

- изобарический процесс,

- изотермический процесс.