Энтропия.

 

Статвес определяет состояние системы, но не является единственной величиной. Покажем это: разделим объём на две части. Тогда , т.е. статвес не является аддитивной величиной.

Но, можно взять . Тогда энтропия (формула Больцмана):

 

 

где - постоянная Больцмана.

При максимальном статвесе, энтропия тоже максимальна. При необратимом процессе, система переходит из менее в более вероятное состояние, при этом увеличивается статвес, а значит и энтропия.

Находясь в равновесии, энтропия может кратковременно уменьшаться, но её можно считать постоянной в равновесии.

 

Закон возрастания энтропии (2-е начало термодинамики).

Энтропия в замкнутой изолированной системе (системе, предоставленной самой себе), может только возрастать или, достигнув своего максимального значения, оставаться постоянной.

.

 

Статистической физикой доказано, что если системе сообщается некое количество теплоты , то в ходе обратимого (обратимым является только изотермический процесс) процесса, энтропия:

.

 

Энтропия является функцией состояния (зависит от параметров системы). Поэтому, для круговых процессов энтропия:

.

 

Состояние, которое осуществляется малым числом способов, называется упорядоченным; если большим числом, то беспорядочным. Поэтому, энтропия – это мера беспорядка в системе.

При сообщении системе кого-то количества теплоты, увеличивается мера беспорядка из-за теплового движения, т.е. увеличивается число микро и микросостояний, реализующих данное макросостояние, т.е. увеличивается статвес, а значит и энтропия.

Чес больше температура, тем больше внутренняя энергия системы, следовательно, тем меньше доля беспорядка, обусловленного сообщением системе количества теплоты .

Возрастание энтропии в замкнутой системе соответствует увеличению хаотичности молекулярного движения, следовательно, система переходит в равновесное состояние, соответствующее полному беспорядку.

 

Вторая формулировка 2-го начала термодинамики:

 

При любых процессах, происходящих в изолированной системе, система переходит из менее в более вероятные состояния.

 

Если количество теплоты сообщается системе в ходе необратимого процесса, то возрастание энтропии обусловлено как сообщением количества теплоты, так и необратимостью процесса. Тогда

.

Для обратимого и необратимого процессов:

,

где знак соответствует необратимому процессу, а знак равенства – обратимому.

 

Поскольку энтропия – есть функция состояния, то её можно выразить через параметры состояния (, , ).

 

 

Третье начало термодинамики:

 

При всего одно микросостояние реализует макросостояние (основное состояние), т.е. (теорема Нернста).

 

Выразим энтропию через параметры состояния:

.

Из 1-го начала термодинамики:

.

 

 

В физике часто используют -диаграмму:

.

 

Изобразим в -координатах различные изопроцессы.

 

	изотермическое расширение
	изотермическое сжатие
	адиабатический процесс (изоэнтропийный)
	адиабатическое расширение
	адиабатическое сжатие
	изохорное нагревание
	изохорное нагревание
	изобарное нагревание
	изобарное охлаждение

 

При циклическом процессе . Рассмотрим цикл Карно:

 

.