Энтропия. Закон возрастания энтропии.

Понятие энтропии было впервые введено в 1865 году Рудольфом Клаузиусом. Он определил изменение энтропии термодинамической системы при обратимом процессе как отношение изменения общего количества тепла ΔQ к величине абсолютной температуры T:. Закон возрастания Применим неравенство (44) к изолированной системе, которая никак не взаимодействует с окружающей средой. Поскольку для такой системы δ Q = 0, то (44) принимает вид: т.е. для любого процесса в изолированной системе энтропия конечного состояния не может быть меньше энтрпии начального состояния. Это – закон возрастания энтропии. Если процесс обратим, то в (45) стоит знак равенства, т.е. энтропия системы не меняется.Закон возрастания энтропии справедлив только для изолированных систем. С помощью внешней системы можно уменьшить энтропию тела. Однако суммарная энтропия тела и внешней системы уменьшиться не может.Если изолированная система находится в состоянии с максимальной энтропией, сооответствующей ее энергии, то в ней не могут происходить никакие процессы, поскольку любой процесс привел бы к уменьшению энтропии. Таким образом, состояние с максимальной энтропией является наиболее устойчивым состоянием изолированной системы. Самопроизвольные процессы в изолированных системах идут в направлении роста энтропии. Продемонстрируем это двумя примерами.1. Рассмотрим теплообмен между двумя частями системы A ₁ и A ₂, имеющими температуры T ₁ и T ₂. Пусть T ₁< T ₂. Теплота передается от горячего тела к холодному. Поэтому тело A ₂ передаст телу A ₁ некоторое количество теплоты Q, т.е. Δ Q ₁ = Q, Δ Q ₂ = – Q. При этом энтропия тела A ₁ изменится на величину Δ Q ₁/ T ₁, а энтропия тела A ₂ – на величину Δ Q ₂/ T ₂. Общее изменение энтропии системы Поскольку T ₁< T ₂, то Δ S >0. 2. Рассмотрим теперь выделение теплоты при трении. Энтропия тела, которое нагревается при трении, возрастает. Это увеличение энтропии не компенсируется уменьшением энтропии других частей системы, так как теплота получена из работы.

24.Статистический вес (термодинамическая вероятность). Статистическое толкование второго начала термодинамики. Статистический вес Статист и ческий вес, в квантовой механике и квантовой статистике — число различных квантовых состояний с данной энергией, т. е. кратность состояния. Если энергия принимает непрерывный ряд значений, под С. в. понимают число состояний в данном интервале энергий. В классической статистике С. в. называют величину элемента фазового объёма системы. Статистическое толкование Второго закона термодинамикиЕстественную тенденцию энтропии к росту истолковывают в настоящее время как проявление развития структур от менее вероятных к более вероятным. Теория, блестяще развитая Больцманом, Гиббсом и Максвеллом, объясняет энтропию как физическое выражение «вероятности» и бросает яркий свет на все термодинамические процессы.Именно эта сторона проблемы очень хорошо рассмотрена и выяснена в книге Шредингера, так что повторять ее здесь не нужно.Остановимся, однако, на одном особенно интересном вопросе. В статистической теории энтропия получает очень точное математическое выражение как логарифм вероятности. Этот логарифм можно рассчитать теоретически, если у нас есть данная физическая модель. Затем расчетную величину можно сравнить с экспериментальной.Если окажется, что все сошлось, то эту же физическую модель можно использовать для анализа проблем, выходящих за рамки классической термодинамики, и, в частности, проблем, связанных со временем. Оказывается, что скорость диффузии газов в смеси, теплопроводность газов или скорость химических реакций можно рассчитать теоретически.В этой области уже сделаны большие успехи, и во многих случаях мы можем определить, с какой скоростью будет возрастать энтропия. Как и следует ожидать, можно будет найти соответствующие модели для всех важнейших физических и химических проблем; но они еще не найдены, и нам пока приходится различать те проблемы, для которых уже разработаны методы применения статистической термодинамики, и те, для которых модели еще не удалось найти и при исследовании которых мы должны довольствоваться классической термодинамикой. В первой из этих групп подробная статистическая модель позволяет ответить на самые сложные вопросы; во второй - вопросы, связанные со временем, пока вообще нельзя рассматривать.