1. Энтропия

Приведенным количеством теплоты называется отношение теплоты , полученной телом в изотермическом процессе, к температуре теплоотдающего тела.

Приведённое количество теплоты, сообщённое телу в любом обратимом круговом процессе, равно 0

(8.4)

Из равенства 0 интеграла (8.4), взятого по замкнутому контуру, следует, что подынтегральное выражение есть полный дифференциал некоторой функции, которая определяется только состоянием системы (8.5)

Функция состояния, дифференциалом которой является , называется энтропией и обозначается .

Для обратимых процессов

. (8.6)

Энтропия системы, совершающей необратимый цикл, возрастает

. (8.7)

Выражения (8.6) и (8.7) относятся к замкнутым системам. Как отмечалось в лекции 2, стр. 13, замкнутой называется система тел, на которую не действуют внешние силы.

Неравенство Клаузиуса выражается следующим образом

. (8.8)

То есть, энтропия замкнутой системы может либо возрастать, либо оставаться постоянной.

Физический смысл имеет не сама энтропия, а ее изменение при переходе из одного состояния в другое

(8.9)

Для адиабатического процесса (процесс, при котором отсутствует теплообмен между системой и окружающей средой) , то изменение энтропии и, следовательно, , т.е. адиабатический процесс протекает при постоянной энтропии.

Адиабатический процесс называют изоэнтропийным.

Для идеального газа при изотермическом процессе ( )

, (8.10)

при изохорном процессе

. (8.11)

Энтропия обладает свойством аддитивности: энтропия системы равна сумме энтропий тел, входящих в систему.

Энтропия связывается с термодинамической вероятностью состояния системы согласно Больцману

, (8.12)

– постоянная Больцмана, – термодинамическая вероятность состояния системы.

Термодинамическая вероятность состояния системы – число способов, которыми может быть реализовано данное состояние макроскопической физической системы, или число микросостояний, осуществляющих данное макросостояние.

Выражение (8.12) позволяет дать энтропии статистическое толкование: энтропия является мерой неупорядоченности системы. Чем больше число микросостояний, реализующих данное макросостояние, тем больше энтропия. В состоянии равновесия – наиболее вероятного состояния системы – число микросостояний максимально, при этом максимальна и энтропия.

27.

2. Второе и третье начала термодинамики

II начало термодинамики гласит: любой необратимый процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает.

Возрастание энтропии означает переход из менее вероятных в более вероятные состояния.

Первые два начала термодинамики дают недостаточно сведений о поведении термодинамической системы при .

III начало термодинамики: энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к 0 по мере приближения температуры к нулю Кельвина

28.

1. Поверхностное натяжение жидкости

Жидкость является агрегатным промежуточным между газообразным и твердым состоянием вещества. Для твердых тел наблюдается дальний порядок в расположении частиц, т.е. их упорядоченное расположение, повторяющееся на больших расстояниях. В жидкостях имеет место ближний порядок в расположении частиц, т.е. их упорядоченное расположение на сравнимых с межатомными расстояниях.

Суммарная энергия частиц складывается из энергии их теплового движения и потенциальной энергии, обусловленной силами межмолекулярного взаимодействия.

Для перемещения молекулы из глубины жидкости в поверхностный слой надо затратить работу, т.е. дополнительная энергия, которой обладают молекулы в поверхностном слое жидкости, называется поверхностной энергией, которая пропорциональна площади слоя

, (9.1)

где - поверхностное натяжение.

При отсутствии внешних сил жидкость стремится уменьшить поверхность, а минимальной поверхностью при заданном объеме является форма шара.

Условием устойчивого равновесия жидкости является минимум поверхностной энергии. Поверхностное натяжение равно силе поверхностного натяжения , приходящегося на единицу длины контура, ограничивающего поверхность

. (9.2)

Единица поверхностного натяжения - ньютон/метр, (H/м).

Вещества, ослабляющие поверхностное натяжение в жидкости, называются поверхностно активными. Например, мыло по отношению к воде (с 7,510^-2 до 4,510^-2 Н/м), спирты, эфиры, нефть.

29.