Изменение энтропии при необратимых процессах

Рассмотрим функцию (72)

Отсюда следует, что под интегралом стоит некоторая функция состояния S, которую Клаузиус назвал энтропией.

В равновесных обратимых циклах энтропия цикла не изменяется.

Т.к. S –функция состояния, то изменение энтропии при обратимом процессе будет:

В результате получился цикл, к которой можно применить неравенство Клаузиуса.

Для необратимого цикла:

–для обратимого и необратимого цикла. Очередная формулировка второго начала.

В процессах в изолированной системе энтропия не убывает.

Энтропия конечного состояния изолированной системы не может быть меньше энтропии начального состояния.

Нужно обратить внимание на изолированность системы. Вне изолированных системах энтропия может убывать, возрастать и оставаться неизменной в зависимости от процесса.

Т.к. все процессы необратимы, то практически энтропия изолированной системы всегда растет.

Рост энтропии означает приближение системы к состоянию термодинамического равновесия.

Пусть изолированная система представляет собой сосуд, в которой находится один моль идеального газа и вращается по инерции колесо массой m.

С течением времени колесо остановится, кинетическая энергия вращения колеса перейдет в тепло за счет работы сил трения и температура системы повысится от .

Найдем изменение энтропии обеих частей системы –газа и колеса:

Для газа: т.к.

Для колеса: т.к.

В результате рассмотренного процесса энтропия системы возросла, хотя энергия системы не изменилась (кинетическая энергия вращения колеса превратилась во внутреннюю энергию системы (газа и колеса)).

Энергия не изменяясь количественно, изменилась качественно.

Механическая энергия упорядоченного движения колеса перешла в теплоту, т.е. в кинетическую энергию хаотического движения молекул.

Произошло снижение качества энергии. Любой вид энергии самопроизвольно и полностью переходит в тепло. Для теплоты такие самопроизвольные переходы невозможны. Произошло «обесценивание» энергии, потеря его способности к дальнейшим самопроизвольным превращениям.

Таким образом, энтропия –мера «обесценивания» энергии.

Теплоте присущ наиболее беспорядочный характер движения материи, поэтому возрастание энтропии соответствует увеличению беспорядка в состоянии системы.

Таким образом, энтропия –мера беспорядка в состоянии системы.