24.Второе начало термодинамики и его различные формулировки.
Второе начало термодинамики — физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов передачи тепла между телами.
Второе начало термодинамики гласит, что невозможен самопроизвольный переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому.
Существуют несколько эквивалентных формулировок второго начала термодинамики:
- Постулат Клаузиуса: «Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему» (такой процесс называется процессом Клаузиуса).
- Постулат Томсона (Кельвина): «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара» (такой процесс называется процессом Томсона).
Другая формулировка второго начала термодинамики основывается на понятии энтропии: «Энтропия изолированной системы не может уменьшаться» (закон неубывания энтропии).
25.Энтропия и вероятность состояния. Закон возрастания энтропии.
Энтропия-в
статистической физике — мера вероятности
осуществления какого-либо макроскопического
состояния; Понятие
энтропии впервые было введено Клаузиусом
в термодинамике в 1865 году для определения
меры необратимого рассеивания энергии,
меры отклонения реального процесса от
идеального. Определённая как сумма
приведённых теплот, она является функцией
состояния и остаётся постоянной при
обратимых процессах, тогда как в
необратимых — её изменение всегда
положительно.
где
dS — приращение энтропии; δQ — минимальная
теплота, подведенная к системе; T —
абсолютная температура процесса;
Термодинамическая
энтропия
— термодинамическая функция,
характеризующая меры неупорядоченности
системы, то есть неоднородности
расположения движения её частиц
термодинамической системы.
Термодинамическая
вероятность
W состояния системы — это число способов,
которыми может быть реализовано данное
состояние макроскопической системы,
или число микросостояний, осуществляющих
данное макросостояние.
Согласно
Больцману (1872), энтропия системы и
термодинамическая вероятность связаны
между собой следующим образом:
где
k — постоянная Больцмана. Таким образом,
энтропия определяется логарифмом числа
микросостояний, с помощью которых может
быть реализовано данное макросостояние.
Следовательно, энтропия может
рассматриваться как мера вероятности
состояния термодинамической системы.
Формула Больцмана (57.8) позволяет дать
энтропии следующее статистическое
толкование: энтропия является мерой
неупорядоченности системы. В самом
деле, 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.
В адиабатически изолированной термодинамической системе энтропия не может убывать: она или сохраняется, если в системе происходят только обратимые процессы, или возрастает, если в системе протекает хотя бы один необратимый процесс.
Записанное утверждение является ещё одной формулировкой второго начала термодинамики.
Таким образом, изолированная термодинамическая система стремится к максимальному значению энтропии, при котором наступает состояние термодинамического равновесия.
Необходимо отметить, что если система не является изолированной, то в ней возможно уменьшение энтропии. Примером такой системы может служить, например, обычный холодильник, внутри которого возможно уменьшение энтропии. Но для таких открытых систем это локальное понижение энтропии всегда компенсируется возрастанием энтропии в окружающей среде, которое превосходит локальное ее уменьшение.