4.4. Свойства энтропии
Энтропия играет важную роль в термодинамике. Физический смысл энтропии является достаточно сложным, и он раскрывается сначала в термодинамике и далее в статистической физике. В физике наряду с понятиями, представляющимися для всех простыми, благодаря тому, что они опираются на повседневный, жизненный опыт, встречаются понятия. Не имеющие аналогов в повседневности, и освоение их представляет некоторые трудности. К понятиям такого рода относится и энтропия.
4.4.1. Свойства энтропии:
Энтропия
является однозначной функцией состояния
системы (подобно внутренней энергии).
Ее дифференциал является полным
дифференциалом и
.
Значит, изменение ее
зависит только от значения энтропии
начального и конечного состояния
системы (их параметров) и не зависит от
вида процесса. Наряду с термодинамическими
параметрами (давление, температура,
объем, внутренняя энергия, энтальпия)
энтропия характеризует состояние
системы и может приниматься в качестве
одного из независимых параметров
состояния.
4.4.2. Энтропия является подобно внутренней
энергии аддитивной величиной. Поэтому
энтропия сложной системы равна сумме
энтропий ее независимых частей, т.е.
Аддитивность энтропии вытекает из
следующих соображений. В простейшем
случае термически однородной системы
состояние энтропии определяется двумя
независимыми переменными. Это видно из
основного уравнения термодинамики.
,
и, следовательно,
.
Так как при равновесии давление р и
температура Т в системе повсюду одни и
те же, а внутренняя энергия U
и объем V
– аддитивные величины, то и энтропия S
должна быть аддитивной величиной.
Аддитивность энтропии сохраняется и в
том случае, когда система не является
термически однородной, т.е. когда
температуры в разных частях системы
различны.
Для однородного тела можно ввести
следующие понятия: мольная энтропия
(
)
(т.е. энтропия одного моля) и удельная
энтропия (s)
(энтропия одного килограмма данного
тела). Общая энтропия тела выразится
через молярную
и удельную энтропию s
следующим образом:
,
где
и s
- функции двух независимых параметров
p
и T,
или T
и V.
4.4.3.Энтропия любого тела, отсчитываемая от абсолютного нуля, есть положительная величина. Этот важный вывод, вытекающий из третьего начала термодинамики. А также из статистического толкования второго начала термодинамики, будет ясен из дальнейшего.
4.4.4.Изменение
энтропии в открытых системах при
обратимых процессах: Энтропия какого-либо
тела или системы вообще может возрастать
или убывать, причем знак изменения
энтропии dS
зависит от знака количества теплоты
,
т.к. температура Т положительна. Очевидно,
что если тело получает теплоту, то его
энтропия возрастает, когда тело отдает
теплоту, то энтропия его убывает:
- в
обратимом круговом процессе равно нулю
;
-
энтропия возрастает
,
если
,
убывает
,
если
;
- при
адиабатных процессах
,
т.к.
при всех адиабатных процессах энтропия
остается без изменения, так как количество
теплоты непоступает в систему, и поэтому
адиабатные процессы называют
изоэнтропическими, а адиабату – кривой
равной энтропии или изоэнтропой;
4.4.5. Единицы измерения энтропии Дж/К, размерность энтропии mL2t-2T-1. Размерность энтропии совпадает с размерностью теплоемкости. Однако отсюда не следует аналогия их физического значения. Теплоемкость характеризует количество теплоты, необходимого для нагревания тела на 10. Энтропия же характеризует количество рассеянной энергии, отнесенной к 10 данной температуры.