Кричевский И.Р. Понятия и основы термодинамики (1185131), страница 61
Текст из файла (страница 61)
э О термодинамике пластически деформированных тел см. 118). 25б Равновесие, однако, можно и ие нарушать; равновесие может отсутствовать с самого начала. Температура нашей системы может отличаться на конечную величину от температуры источника теплоты. Тогда при соединении системы и источника теплоты теплопроводящим прутом про. изойдет нестатический теплообмен. Направление зеплообмена зависит от знака разности между температурой системы и температурой источника теплоты.
Давление нашей системы может отличаться иа конечную величину от внешнего давления. Если объем системы может изменяться, происходит нестатическое расширение или сжатие системы, в зависимости от знака разности между давлением системы и внешним давлением. Нестатическое увеличение объема газа происходит, например, в опыте Гей-Люссака (глава 1Ч). Оба приведенных примера нестатических процессов,тривиальны. Но оии полезйы тем, что направление каждого из этих.
процессов ясно. И это действительно направление: без конечных изменений в источнике теплоты и источнике работы рассматриваемые процессы в обратном направлении не пойдут. Итак, направленный процесс есть нестатический процесс. Но протекание нестатического процесса всегда сопровождается возрастанием общей энтропии всех участников этого процесса. Поэтому протекание направленного процесса тоже сопровождается возрастанием общей энтропии всех участников этого процесса. Нестатического процесса, протекание которого сопровождалось бы убылью общей энтропии, быть не может.
Поэтому процесс всегда направляется таким образом, чтобы происходило возрастание общей энтропии всех участников процесса. Критерии (Х1, 12б) и (Х1, 12в) нестатичности (необратимости) процесса одновременно являются и критериями направленности процесса. Величина, которая входит в критерии (Х1,12б) и (Х1,12в)— общая антропо всех участников процесса,— есть свойство термодинамического «мирка».
Поэтому приращение общей энтропии всех участников процесса определяется только начальным и конечным состояниями всех участников процесса, но не~самим процессом. По начальным и конечным состояниям всех участников процесса можно установить, пойдет или не пойдет процесс в направлении от начальных состояний к конечным. Знак приращения общей энтропии все решит. Знак плюс — процесс пойдет из начальных состояний в конечные. Знак минус — процесс пойдет из конечных состояний в начальные*. ' Знак приращевия общей энтропии решает вопрос о направлеяии изменения термодинамического «мирка».
Но «мирок», направлнясь из состояния ! в состояние 2 (с большей общей энтропией), может и не дойти до состояния 2, если между состояниями 1 и 2 общая энтропия проходит через максимум. 266 Процесс идет сам. Сам в том смысле, что в процессе принимают участие только отобранные системы. Только для них и вычисляют общее изменение энтропии.
Все прочие термодинамические «мирки» в процессе не участвуют и поэтому не изменяются. Надо правильно понимать утверждение, что приращение общей энтропии всех участников процесса определяется только начальным и конечным состояниями всех участников процесса, но не самим процессом. Для применения критериев (Х1, 13) и (Х1,13а) надо вычислить изменение энтропии нашей системы и изменения энтропии источников теплоты. Но изменения, происшедшие в нашей системе, источниках теплоты и источнике работы, не могут быть совершенно произвольными. Эти изменения связаны между собой уравнением (ЧП,2) или уравнением (тгП, 2а).
Проверяя по критериям (Х1,13) и (Х1,13а), может или не может процесс идти сам, надо обязательно следить за удовлетворением уравнения (т>П,2) или уравнения (ЧП,2а). Для применения этих последних уравнений надо задать путь перехода термодинамического «мирка» из начального состояния в конечное.
Итак, нестатический процесс может идти сам и только таким образом, чтобы происходило возрастание общей энтропии всех участников процесса. Нестатический процесс не может идти сам в том направлении, в каком происходит уменьшение оби(ей энтропии всех участников процесса. Эти крайне важные выводы можно изложить и в других разнообразных выражениях, с внешней стороны как-будто бы различных, но по содержанию одинаковых. Можно, например, утверждать, что термодинамический «мирок», не находящийся в равновесии, способей развиваться.
«Второй принцип «выражает необходимую эволюцию, неизменный порядок в последовательности явлений. Второй принцип можно изложить следующим образом: когда система развивается, не подвергаясь внешнему воздействию, она -никогда не проходит повторно через предшествующее состояние— явления не повторяются» [19) *". Критерием развития является изменение общей энтропии.
Этот критерий можно назвать принципом увеличения энтропии. По этой причине величина 5 получила свое название. «Я считаю более целесообразным, чтобы названия важных научных величин брались из древних языков..Поэтому я предложил назвать величину 5 энтропией, от греческого слова т)тропт), превращение. Я намеренно образовал слово энтропия по возможности более подобным слову энергия: обе величины, названные этими словами, настолько близки друг другу по их физической значимости, что известное сходство в названиях кажется мне целесообразным» (!6).
' Применительно к необратимым процессам. (И, К.) *' Перрен указывает, что Ланжевен был согласен с таким выражением сути второго начала термодинамики (применительно к необратимым процессам). 17 звк. пв 257 Равновесие термодинамических систем Изолированный термодинамический «мирок» развивается.
Его общая энтропия растет. Возникают два вопроса. Первый вопрос: до каких пор может происходить развитие? Ответ: до тех пор, пока общая энтропия может расти. Такое (предполагаемое) развитие, которое в дальнейшем повлечет за собой изменение общей энтропии в невозможную сторону, в сторону убыли, исключается. Второй вопрос: чем должно закончиться развитие? Ответ: развитие изолированного термодинамнческого «мирка» конечных размеров не может продолжаться до бесконечности. <Мирок», исчерпав (при заданной конкретной обстановке) все возможности к развитию, придет в состояние равновесия. Если развитие системы уподобить ее жизни, то равновесие системы — это ее смерть. «Жить значит умирать» (Ф.
Энгельс, 1201, стр. 611). «Второе начало« предвещает смерть от тюремного заключения. Единственный способ избежать ее — устранить заключение» (21). «Равновесие неотделимо от движения... Отдельное движение стремится к равновесию, а совокупное движение снова уничтожает отдельное равновесие» (120), стр. 561). Развитие сопровождается ростом общей энтропии.
После наступления равновесия (неосуществимый) выход из него изолированного термодинамического «мирка» должен был бы сопровождаться уменьшением общей энтропии. При переходе изолированного термодинамического «мирка» через состояние равновесия изменение общей энтропии должно менять свой знак на обратный. Из элементов дифференциального исчисления тогда следует: равновесию соответствует экстремальное и притом максимальное значение обшей энтропии.
«Энтропийному принципу можно в отдельных случаях, особенно для изотермических и изобарных процессов, придать и другие формы, обладающие известными преимуществами в смысле применения на практике. Мы познакомимся также с этими формами. Необходимо, однако, подчеркнуть, что выражение**, приведенное здесь, является единственным среди всех, которое без всяких ограничений применимо к любому конечному процессу; соот'ветственно, нет другой общей меры необратимости процесса, кроме величины сопровождающего его увеличения энтропии. Всякая другая форма второго начала применима только к бесконечно малым изменениям состояния или же при переходе к конечным изменениям приходится делать определенное предположение о внешних условиях, при которых протекает процесс» ([7), стр. 112).
К изложению некоторых других критериев, по которым можно судить о развитии термодинамического «мнрка», мы и переходим. ' Ллн нестатнческнх процессов. (И. К.) '* Наше неравенство (Х1. !За). (И. К.) Рассмотрим следующий случай: наша система совершает изотермический процесс; прочие условия таковы, что объемная работа и нетто-работа каждая отдельно равны нулю. Равенство нулю объемной работы обычно обеспечивается постоянством объема нашей системы (с(т'=О). Равенство нулю нетто-работы (ш'= =О) обеспечивается отсутствием внешних обобщенных сил, действующих на границы нашей системы при изменении ее обобщенных координат. С примером, поясняющим сказанное, читатели познакомятся в главе ХП при рассмотрении нестатического химического процесса, протекающего при постоянном объеме.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
