Энтропия

В первом начале термодинамики фигурирует одна функция состояния внутренняя энергия. Второе начало термодинамики позволяет рассмотреть другие, важные для практики, однозначные функции состояния – энтропию и свободную энергию.

Существуют различные способы введения понятия энтропии. Один из способов – через понятие приведенное количество теплоты. Отношение количества теплоты Q, полученной или отданной системой (телом) при изотермическом процессе к температуре Т этого процесса называется приведенным количеством теплоты.

. При нагревании тела , при охлаждении . Если теплота сообщается телу при произвольных процессах, то этот процесс можно разбить на бесконечно-малые участки так, чтобы изменением температуры тела в пределах каждого из них можно было пренебречь. Приведенной количество теплоты, сообщенное телу на бесконечно малом участке процесса будет равно . Для всего процесса.

Подсчитаем приведенное количество теплоты, сообщаемое рабочему телу в обратимом цикле Карно (см рис. 18)

(2. 3)

Первый и третий интегралы относятся к изотермическим процессам, происходящим при температурах Т₁ и Т₂ соответственно. Второй и четвертый интеграл относятся к адиабатическим процессам, при которых Q = 0. Поэтому получим:

(2. 3)

Согласно формуле (2.55) для обратимого цикла Карно , следовательно

(2. 3)

Таким образом, приведенное количество теплоты, сообщаемое рабочему телу в обратимом цикле Карно равно нулю. Можно показать, что этот результат справедлив для любого обратимого кругового процесса.

= 0 (2. 3)

Формула (2.58) свидетельствует о том, что этот интеграл выражает изменение некоторой функции состояния тела, названной Клаузиусом энтропией тела и обозначаемой S:

; = 0 (2. 3)

Размерность энтропии Дж/К. Энтропия, как и энергия, является полным дифференциалом.

Энтропия – функция состояния. В данном состоянии она приобретает одно, вполне определенное значение, не зависящее от того, как система пришла в это состояние. При переходе системы из состояния 1 в состояние 2 будем иметь:

S₂ – S₁ = (2. 3)

Следует отметить, что формула (2.60) определяет энтропию лишь с точностью до аддитивной постоянной (т.е. оставляет начало отсчета энтропии произвольным).

Абсолютное значение энтропии можно определить с помощью третьего начала термодинамики, теоремы Нернста: При стремлении абсолютной температуры к нулю энтропия любого тела также стремится к нулю.

Основываясь на теореме Нернста принимают, что S= 0 при Т =0.

Энтропия системы тел равна сумме энтропий всех тел, входящих в систему.