Энтропия. Термодинамический процесс

Энтропия.

    Первое начало ничего не говорит о направлении процесса. Поэтому введем понятие обратимого процесса.

    Термодинамический процесс называется обратимым, если после него можно возвратить систему и все взаимодействующие с ней тела в их начальные состояния т.о., чтобы в других телах не возникло каких-либо остаточных изменений. Другими словами, при обратимом процессе система может возвратиться в исходное состояние так, что в окружающей ее среде не останется никаких изменений. Процесс, который не удовлетворяет вышеуказанному условию, называется необратимым процессом.

    В термодинамике доказывается, что необходимое условие обратимости термодинамического процесса – его равновесность, т.е. всякий обратимый процесс является равновесным (квазистатическим). Однако не всякий равновесный процесс обязательно обратим.

    Примером обратимого процесса могут служить незатухающие колебания, которые совершает в вакууме тело, подвешенное на абсолютно упругой пружине. Примером необратимого процесса является торможение тела под действием силы трения.

    Необратимым является также процесс теплообмена при конечной разности температур. Все реальные процессы, строго говоря, необратимы. Однако в некоторых случаях условия протекания процессов таковы, что их приближенно можно считать обратимыми.

    Помимо внутренней энергии в термодинамике широко пользуются и другими функциями состояния термодинамической системы. Особое место среди них занимает энтропия.

    Пусть  - элементарное количество теплоты, сообщаемое нагревателем системе при малом изменении ее состояния, а Т – температура нагревателя. Если процесс обратимый, то температура системы тоже равна Т. Тогда можно показать, что отношение / Т в обратимом процессе есть полный дифференциал функции состояния системы, называемой энтропией S системы.

                                                (1)

Из (1) видно, что dS и  имеют один и тот же знак. Это позволяет по характеру изменения энтропии судить о направлении процесса теплообмена. При нагревании тела >0 и его энтропия возрастет (dS>0), при охлаждении <0 и энтропия убывает (dS<0).

    В обратимом адиабатном процессе = TdS=0, так что dS=0 и S=const. Т.о. обратимый адиабатный процесс представляет собой изоэнтропийный процесс. Энтропия, как и внутренняя энергия, - аддитивная функция состояния системы: энтропия системы равна сумме энтропий всех тел, входящих в состав системы. В термодинамике доказывается, что энтропия изолированной системы в любом обратимом процессе не изменяется.