Билеты по физике1 / 25

Энтропия равна умноженному на постоянную Больцмана логарифму числа микросостояний, посредством которых реализуется данное микросостояние. Рост энтропии в изолированной системе означает движение системы в направлении наиболее вероятного, т. е. равновесного, состояния. Однако в принципе возможны и флуктуации в этом движении, когда на определенном отрезке времени система движется в направлении менее вероятных микросостояний. На этом отрезке времени энтропия изолированной системы убывает, а не возрастает или остается неизменной. Таким образом, закон не убывания энтропии в изолированной системе не содержит в себе абсолютного запрета убывания энтропии. Для малых систем относительная роль флуктуации возрастает. Следовательно, в системах со сравнительно небольшим числом частиц вероятность нарушения запрета на убывание энтропии значительнее, чем в больших.

Однако в практическом смысле закон не убывания энтропии в изолированных системах не с чрезвычайно малым числом частиц является абсолютным. Его нарушение столь же невероятно, как, например, невероятно, что весь воздух некоторой комнаты самопроизвольно соберется в стакане, который стоит на столе.

Определение энтропии и ее свойства. Величина, являющаяся функцией состояния, должна обладать свойством аддитивности. Действительно, макросистему всегда можно разбить на части и при этом функция состояния всей системы должна равняться сумме функций состояния ее частей.

Величина, равная произведению постоянной Больцмана на логарифм термодинамической вероятности, называется энтропией S.

S = k·lnW.

Свойства энтропии:

энтропия является аддитивной величиной;

энтропия - есть функция состояния макросистемы;

энтропия изолированной системы при протекании необратимых процессов возрастает;

энтропия макросистемы, находящейся в равновесном состоянии, максимальна.

в любой момент времени возможны отклонения от этого равновесного состояния, называемые флуктуациями

Второе начало термодинамики. Второе начало термодинамики задает направленность процессов, протекающих в изолированной термодинамической системе. Оно гласит:

изменение энтропии изолированной системы всегда положительно dS > 0 или равно нулю в случае достижения энтропией своего максимального значения.

Другими словами энтропия изолированной системы не может убывать.

Состояние с максимальным значением энтропии является равновесным. Еще раз отметим, что данная формулировка имеет статистический смысл, т.е. возможны некоторые отрицательные флуктуации изменения энтропии в отдельные моменты времени.

Третье начало термодинамики - теорема Нернста. При температуре абсолютного нуля система находится в основном состоянии, которое реализуется одним единственным способом. Следовательно, термодинамическая вероятность W в данном случае равняется 1, а энтропия равняется нулю. Обобщая данное высказывание можно написать следующее выражение, которое является теоремой Нернста или 3 началом термодинамики.

При стремлении к нулю абсолютной температуры энтропия термодинамической системы также стремится к нулю.