Энтропия как критерий равновесия в изолированной системе

Представим, что имеется система, находящаяся в двух состояниях (рис. 5-1): в состоянии (а) газ находится в баллоне, помещенном в эвакуированный сосуд. Если открыть вентиль, то газ устремится из баллона и сможет со­вершить работу. В частности, можно у сопла, из которого выходит газ, по­местить турбинку и аккумулировать энергию, передаваемую газом в форме работы.

Если просто открыть вентиль, то газ убежит в пустоту и не совершит никакой работы. Установится состоя­ние, показанное на рис. 5-1б. В новом состоянии система (газ) неработоспо­собна. Система может сколь угодно долго находиться в состоянии, отве­чающем рис. 5-1 б. Для того чтобы вывести ее из этого состояния, необходимо воздействие извне. Состояние, в котором изолированная система может находиться в течение неограниченного времени, называется равновесным состоянием, или равновесием.

Отметим, что энергия системы (газа) в состояниях, показанных на рис. 5-1а и 5-1б. одинакова, так как при переходе в состояние (б) система не со­вершала работу и не обменивалась теплотой с внешней средой.

Рассмотрим еще один пример. Система, содержащая два куска металла, находится в двух состояниях ('рис. 5-2). В состоянии (а) оба куска имеют разную температуру. В таком состоянии система способна быть ис­точником работы.

В термодинамике для сравни­тельной оценки работоспособности изолированной системы в нескольких состояниях используется функция, называемая энтропией. Равновесному, то есть неработоспособному, состоянию отвечает максимальное значение энтро­пии S при данных значениях внутренней энергии и объема системы.