Понятие об энергии. Свойства энергии. Статистический характер 2-го начала термодинамики. Теорема Нернса.

Энтропия — мера рассеяния энергии. Это понятие также было введено Клаузиусом, который развил и облек второй принцип термодинамики в математическую форму. Энтропию стали называть «тенью» энергии. И энергия, и энтропия — слова греческого происхождения. «Эн» означает «способность» или «содержание», «эрг» — корень слова «работа», а «тропе» — «превращение», поэтому слово «энергия» можно перевести, как«способность совершения работы», а «энтропия» – как «способность к превращениям».

Энтропия зависит от характера совершающегося процесса, поскольку от него зависит как количество тепла, рассеивающееся вследствие прямого теплообмена системы с окружающей средой, так и количество тепла, выделяющееся и рассеивающееся вследствие трения. В действительности получаемая работа тоже зависит от характера процесса и никогда не бывает равна максимальной, то есть изменению энергии системы. Она меньше максимальной на величину потерь энергии «через тепло» из-за трения и теплообмена. Но и та часть энергии, которая расходуется на совершение работы, затем тоже вследствие трения и теплообмена рассеивается в окружающей среде, еще больше, повышая ее энтропию.

Энтропия тела или системы может и уменьшаться! Например, когда мотор сообщает механическую энергию холодильнику, поглощающему тепло из морозильной камеры при температуре 0⁰С и передающему его окружающему воздуху при 27⁰С, энтропия морозильной камеры и всей системы уменьшится. Такое уменьшение не противоречит второму за кону термодинамики, поскольку он приме ним лишь к замкнутым системам: при сов местном рассмотрении всех частей системы полное изменение энтропии либо равно нулю, либо положительно.

свойства энтропии:

1. Энтропия изолированной системы при протекании необратимого процесса возрастает. Действительно, изолированная (т. е. предоставленная самой себе) система переходит из менее вероятных в более вероятные состояния, что сопровождается ростом величины S.

2. Энтропия системы, находящейся в равновесном состоянии, максимальна.

Статистический характер второго начала термодинамики 

Допустим, что имеется система, состоящая из нескольких раз личных газов. Перед началом диффузии такую систему можно рассматривать как упорядоченную. Когда диффузионное смеше ние газов закончится и газы будут равномерно перемешаны, си стема становится беспорядочной. Указанный процесс идет в при роде самопроизвольно, т. е. с увеличением энтропии или, как мы теперь видим, с увеличением беспорядка. Иначе говоря, системы стремятся к более беспорядочному состоянию. Следовательно, таких систем будет в природе все больше и больше, и системы с большой энтропией, обладающие большей беспорядочностью, более вероятны. Процессы, соответствующие тому, чтобы в од ной части системы сгруппировались молекулы одного вида, а в другой части—другого вида, являются настолько маловероят ными, что практически могут считаться невозможными.

Состояние вещества может быть описано двояким способом. Во-первых, мы можем охарактеризовать макросостояние следую щими параметрами: давление, объем и температура. Эти статис тические величины и характеризуют средние свойства большого числа молекул (атомов). Во-вторых, можно задать положение каждой молекулы в пространстве, направление и скорость ее движения, т. е. охарактеризовать микросостояние вещества. При этом одно и то же макросостояние возможно при самых различ ных микросостояниях.

Термодинамической вероятностью состояния системы назы вается число микросостояний, посредством которых данное состо яние может осуществиться. Обозначим термодинамическую веро ятность через И!7. Применяя теорию вероятности, законы которой в сочетании с законами механики образуют статистическую меха нику, можно, с одной стороны, определить связь термодинамичес кой вероятности с энтропией, а с другой — определить термоди намическую вероятность состояния.

НЕРНСТА ТЕОРЕМА (3-е начало термодинамики): при стремлении температуры к абсолютному нулю энтропия системы стремится к нулю при прочих фиксированных условиях (напр. - при неизменных объеме или давлении) (В. Нернст, 1906). Другая формулировка: при помощи конечной последовательности термодинамических процессов нельзя достичь температуры, равной абсолютному нулю.

Друзья! Приглашаем вас к обсуждению. Если у вас есть своё мнение, напишите нам в комментарии.