Самопроизвольно протекающие в природе процессы имеют одностороннюю направленность.
Так в следствии падения тел, их потенциальная энергия переходит во внутреннюю, т.е. место падения и само тело пара нагреваются. Наряду с этим обратный процесс не происходит.
Сжатый газ легко покидает сосуд, но фактически ни при каких обстоятельствах сам по себе обратно не войдёт.
На какое количество возможно то либо иное направление протекания процессов определяет второе начало термодинамики.
Вероятностной чёртом состояния совокупности есть энтропия.
Со статистической точки зрения энтропия – это мера неупорядоченности совокупности.
Под упорядоченностью термодинамической совокупности знают возможность правильного указания расположения молекул в количестве.
Связь между вероятностью хаотичности и степенью системы соответствующего её состояния была установлена Больцманом и выражается следующей формулой:
, (13)
где S –энтропия; k – постоянная Больцмана,
– возможность состояния совокупности.
Тут N — число комбинаций из элементов, составляющих совокупность, осуществляющих данное её состояние, N0 – число вероятных состояний совокупности.
Суть сообщённого иллюстрирует обстановке, продемонстрированные на рис.3.
Число вероятных состояний в первом случае равняется четырём, а во втором – восьми. В числителях дробей указано количество комбинаций, осуществляющих данное состояние.
Из формулы Больцмана явствует, что самый вероятным есть состояние с мельчайшей упорядоченностью.
По сути, тогда как первое начало термодинамики говорит, что энергия может переходить из одной формы в другую, второе начало
Рис. 3показывает, что не все формы энергии эквивалентны.
Возможность превращения энергии из одной формы в другую определяется соотношением между энтропиями двух соответствующих состояний.
Все существующие во Вселенной формы энергии возможно охарактеризовать по степени неупорядоченности, определяемой энтропией (таблица 2).
Таблица 2 Из таблицы направляться, что гравитационной энергии соответствует мельчайшее значение энтропией, следовательно, это энергия “высшего качества”. Теплота, напротив, энергия “низшего качества”.
В соответствии с второму началу термодинамики в изолированной совокупности вероятны только процессы, при которых энтропия не убывает:
S ? 0 — неравенство Клаузиуса.
Примечание:
0 для обратимых процессов. В общем случае энтропия термодинамических совокупностей при переходе из состояния А в состояние В определяется по формуле:
, (14)
где dQ – приращение теплоты, T – температура теплоносителя (элемента, отдающего тепло).
Определим энтропию для разных термодинамических процессов.
1. При нагревании совокупности (T2T1):
, исходя из этого:
. (15)
Из взятой формулы направляться, что при нагревании совокупности, её энтропия возрастает, а при охлаждении, значительно уменьшается.
2. При плавлении
, где
— удельная теплота плавления, m – масса появившейся жидкости:
, (16)
т.е. при плавлении энтропия тела возрастает, а при кристаллизации убывает.
3. При испарении dQ = rdm, где r – удельная теплота парообразования, m – масса пара:
, (17)
т.е. при парообразовании (испарении) энтропия совокупности возрастает, а при конденсации – значительно уменьшается.
Базы теплотехники. Второй закон термодинамики. Энтропия. Теорема Нернста.
