20.Энтропия: определение, закон возрастания энтропии

Энтропия — это сокращение доступной энергии вещества в результате передачи энергии. Первый закон термодинамики гласит, что энергию невозможно создать или уничтожить. Следовательно, количество энергии во вселенной всегда такое же, как было и при ее создании. Второй закон термодинамики гласит, что коэффициент полезного действия ни одного реального (необратимого) процесса не может быть 100% при преобразовании энергии в работу.

Понятие энтропии впервые было введено Клаузиусом в термодинамике в 1865 году для определения меры необратимого рассеивания энергии, меры отклонения реального процесса от идеального. Определённая как сумма приведённых теплот, она является функцией состояния и остаётся постоянной при обратимых процессах, тогда как в необратимых — её изменение всегда положительно.

,

где dS — приращение энтропии; δQ — минимальная теплота подведенная к системе; T — абсолютная температура процесса;

   Применим неравенство Клаузиуса для описания необратимого кругового термодинамического процесса, изображенного на рис 3.13.

     Пусть процесс будет необратимым, а процесс - обратимым. Тогда неравенство Клаузиуса для этого случая примет вид:

       Так как процесс является обратимым, для него можно воспользоваться соотношением (3.53), которое дает :

     Подстановка этой формулы в неравенство (3.55) позволяет получить выражение :

 Сравнение выражений позволяет записать следующее неравенство :     ,  в котором знак равенства имеет место в случае, если процесс является обратимым, а знак больше, если процесс - необратимый.

     Если рассмотреть адиабатически изолированную термодинамическую систему, для которой , то выражение примет вид   или в интегральной форме

     Полученные неравенства выражают собой закон возрастания энтропии, который можно сформулировать следующим образом: «В адиабатически изолированной термодинамической системе энтропия не может убывать: она или сохраняется, если в системе происходят только обратимые процессы, или возрастает, если в системе протекает хотя бы один необратимый процесс»

     Записанное утверждение является ещё одной формулировкой второго начала термодинамики.

     Таким образом, изолированная термодинамическая система стремится к максимальному значению энтропии, при котором наступает состояние термодинамического равновесия.