8.1. Энтропия и вероятность

Важнейшим успехом термодинамики классического периода явилась формулировка так называемого второго начала термодинамики, согласно ко-

торому для замкнутых (изолированных) систем тепло самопроизвольно может передаваться только от тел с большей температурой к телам с меньшей температурой и никогда наоборот.

Первый закон термодинамики (первое начало термодинамики) утверждает, что если система совершает термодинамический цикл (т.е. возвращается в исходное состояние) то полное количество теплоты, сообщенное системе на протяжении цикла, равно совершенной ее работе: ∆E = ∆Q + ∆A.

Третий закон термодинамики гласит о том, что энтропия стремиться к нулю, при стремлении температуры к нулю.

Процессы теплопередачи, второе начало термодинамики количественно описывает необратимые процессы, что в корне отличается от процессов классической ньютоновской механики, у которой все законы обратимыми.

Для характеристики направленности процессов теплопередачи была введена величина S, названная энтропией (дословно «способность к превращениям»). В конце прошлого века Больцман убедительно показал, что энтропия является мерой неопределенности, непредсказуемости состояния системы, мерой хаоса (S = k lnW, где k - постоянная Больцмана, W – статистический вес состояния системы). Физический смысл энтропии по мнению Больцмана

— мера беспорядка в системе. Полный порядок соответствует минимуму энтропии, любой беспорядок ее увеличивает. Максимальная энтропия соответствует полному хаосу.

Второй закон термодинамики утверждает, что в изолированной термодинамической системе энтропия никогда не может уменьшаться. Она или постоянна при обратимых процессах или только увеличивается при необратимых процессах, то есть ∆S > 0. Переход системы из неравновесного состояния в равновесное необратим, поэтому также ∆S > 0.

В основе термодинамики лежит различие между двумя типами процессов — обратимыми и необратимыми. Обратимые процессы могут протекать только через равновесные состояния (очень медленно – квазистатические процессы). Равновесное состояние – это состояние в котором система может находится бесконечно долго, если внешние условия не меняются. Не-

обходимое условие равновесного состояния – это одинаковость температуры во всех частях системы. Равновесный процесс обратим. Понятие энтропии

173