Физический смысл энтропии
Физический смысл энтропии.
Введение новой функции состояния дало возможность получить для адиабатно замкнутой системы такую математическую формулировку второго закона термодинамики.
dS³0/
Свойство энтропии возрастать в необратимых процессах, да и сама необратимость находятся в противоречии с обратимостью всех механических движений и поэтому физический смысл энтропии не столь очевиден, как, например физический смысл внутренней энергии. Максимальное значение энтропии замкнутой системы достигается тогда, когда система приходит в состояние термодинамического равновесия. Такая количественная формулировка второго термодинамики дана Клаузиусом, а ее молекулярно-кинетическое истолкование - Больцманом, который ввел в теорию теплоты статистические представления, основанные на том, что необратимость тепловых процессов имеет вероятностный характер.
Переход из неравновесного состояния в равновесное представляет собой переход из состояния, которое может осуществляться меньшим числом способов, а состояние, осуществляемое значительно большим числом способов. Наиболее вероятным для замкнутой системы будет то состояние, которое осуществляется наибольшим числом способов. Т.е. состояние теплового равновесия.
Статистическая физика обосновывает существование функции состояния – энтропии, приращение которой при обратимых процессах равно приведенной теплоте, и положения о том, что энтропия замкнутой системы стремится к максимуму. Эта функция состояния позволяет с помощью измерений термических величин выяснить направление процессов и условия равновесия. С принципом возрастания энтропии в замкнутых системах связаны представления о “тепловой смерти Вселенной”, выдвинутые Клаузиусом, утверждавшим: ”Энергия мира постоянная, энтропия мира стремится к максимуму”. Отсюда – вывод о достижении в результате односторонних процессов, протекающих в природе, конечного состояния равновесия, в котором энтропия мира максимальна и Вселенная погибает от тепловой смерти. Ошибочность концепций Клаузиуса, Томсона, Тэта была раскрыта Ф. Энгельсом, полагающим, что Вселенную нельзя рассматривать как конечную изолированную систему. В космосе могут протекать и протекают такие процессы, которые непосредственно не подчиняются законам термодинамики конечных систем. В связи со статистической трактовкой второго закона термодинамики следует отметить прямую связь между энтропией и степенью беспорядка, ибо всякий естественный процесс протекает так, что система переходит в состояние с большим беспорядком; температуры тел в системе сами собой выравниваются, газы между собой перемешиваются и т.п. Состояние с большим беспорядком характеризуется большей термодинамической вероятностью, чем более упорядоченное состояние.
Необратимые процессы протекают так, что система переходит из менее вероятного состояния в более вероятное, причем беспорядок в системе увеличивается. Следовательно, энтропия является мерой беспорядка в системе. Рост энтропии в необратимых процессах приводит к тому, что энергия, которой обладает система, становится менее доступной для преобразования в работу, а в состоянии равновесия такое преобразование вообще невозможно. Состояние равновесия относительно окружающей среды удачно обозначено в английской литературе как “dead state” [дэд стэйт] (мертвое состояние системы). Таким образом, мы вернулись к первоначальной формулировке 2 закона термодинамики: "Невозможно получить работу за счет энергии тел, находящихся в термодинамическом равновесии”.
