Энтропия. Её связь с теплотой квазистатического процесса. Изменение энтропии при фазовых переходах (плавлении, испарении)

В термодинамике для сравни­тельной оценки работоспособности изолированной системы в нескольких состояниях используется функция, называемая энтропией.

Большинство процессов представляет собой два одновременно происходящих явления: передачу энергии и изменение в упорядо­ченности расположения частиц относительно друг друга. Частицам (молекулам, атомам, ионам) присуще стремление к беспорядочному движению, поэтому система стремится перейти из более упорядочен­ного состояния в менее упорядоченное. Так, если, например, бал­лон с газом соединить с сосудом, то газ из баллона будет распре­деляться по всему объему сосуда. При этом система из более упорядо­ченного состояния (с меньшим беспорядком) переходит в состояние менее упорядоченное (с большим беспорядком). Количественной мерой беспорядка является и является энтропия S. При переходе системы из более упорядоченного в менее упорядоченное состояние энтропия возрастает ( >0)..Переход же системы из менее упорядоченного состояния в более упорядоченное связан с уменьшением энтропии, и самопроизволь­ное протекание подобного процесса менее вероятно. Так, ясно, что в рассматриваемом примере невероятно, чтобы газ сам собой собрал­ся в баллоне. В случае перехода системы из менее упорядоченного состояния в более упорядоченное энтропия системы уменьшается ( <0).

Энтропия возрастает при переходе жидкости в пар, при растворении кристаллического вещества и т.д.

Для ряда процессов теплота связана с изменением энтропии следующими соотношениями:

(при максимальной работе и постоянной температуре)

В приведенных выше уравнениях - бесконечно малая теплота, a dS -бесконечно малое изменение энтропии. Если температура Т остается постоян­ной, то в ряде случаев удобнее пользоваться последним соотношением.

Если в системе, кроме работы расширения , совершаются другие виды работы W', то выражение для баланса энергии записывается в следую­щей форме:

Для качественной оценки способности системы совершать работу при постоянном объеме и при постоянной температуре в уравнение баланса энер­гии внесем изменения:

Работа расширения исчезла, так как объем системы остается постоянным а вместо теплоты при постоянной температуре и максимальной величине других типов работы записано произведение .

Новое уравнение можно переписать следующим образом:

Если работа при постоянных V и Т положительна, то это означает, что eе может совершать сама система и все самопроизвольные изменения в ней идут в этом направлении, если же она отрицательна, то процесс не может самопроизвольно идти в данном направлении.