Энтропия.

3. Энтропия.

Термодинамическая энтропия — термодинамическая функция, характеризующая меру необратимой диссипации энергии в ней.

[Диссипа́ция энергии — переход части энергии упорядоченных процессов в энергию неупорядоченных процессов, в конечном счёте — в теплоту.]

Для выяснения физического содержания этого понятия рассматривают отношение теплоты Q, полученной телом в изотермическом процессе, к температуре Т теплоотдающего тела, называемое приведенным количеством теплоты.

Приведенное количество теплоты, сообщаемое телу на бесконечно

малом участке процесса, равно δQ/T. Строгий теоретический анализ

показывает, что приведенное количество теплоты, сообщаемое телу в любом

обратимом круговом процессе, равно нулю.

Из равенства нулю интеграла, взятого по замкнутому контуру,

следует, что подынтегральное выражение δQ/T есть полный дифференциал

некоторой функции, которая определяется только состоянием системы и не

зависит от пути, каким система пришла в это состояние. Таким образом,

Функция состояния, дифференциалом которой является δQ/T, называется энтропией и обозначается S.

Энтропия замкнутой системы может либо возрастать (в случае

необратимых процессов), либо оставаться постоянной (в случае обратимых

процессов)

Если же система обменивается теплотой с внешней средой, то ее энтропия

может вести себя любым образом.

Если система совершает равновесный переход из состояния 1 в

состояние 2, изменение энтропии

где подынтегральное выражение и пределы интегрирования

определяются через величины, характеризующие исследуемый процесс.

Формула определяет энтропию лишь с точностью до аддитивной

постоянной. Физический смысл имеет не сама энтропия, а разность

энтропий.

Энтропия обладает свойством аддитивности: энтропия системы

равна сумме энтропий тел, входящих в систему. Свойством аддитивности

обладают также внутренняя энергия, масса, объем (температура и давление

таким свойством не обладают).

Так как реальные процессы необратимы, то можно утверждать, что все

процессы в замкнутой системе ведут к увеличению ее энтропии – принцип

возрастания энтропии. При статистическом толковании энтропии это

означает, что процессы в замкнутой системе идут в направлении увеличения

числа микросостояний, иными словами, от менее вероятных состояний к

более вероятным, до тех пор, пока вероятность состояния не станет

максимальной.

Термодинамическая вероятность W состояния системы – это

число способов, которыми может быть реализовано данное состояние

макроскопической системы, или число микросостояний, осуществляющих

данное макросостояние (по определению, W≥1, т. е. термодинамическая

вероятность не есть вероятность в математическом смысле)

Согласно Больцману (1872), энтропия системы в термодинамическая

вероятность связаны между собой следующим образом:

S = k lnW,

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 позволяет дать энтропии следующее

статистическое толкование: энтропия является мерой неупорядоченности

системы. В самом деде, чем больше число микросостояний, реализующих

данное макросостояиие, тем больше энтропия. В состоянии равновесия –

наиболее вероятного состояния системы – число микросостояний

максимально, при этом максимальна и энтропия.

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒