18. Второе начало термодинамики.

Второе начало термодинамики является фундаментальным законом природы. Оно охватывает самый широкий круг природных явлений и указывает направление, в котором самопроизвольно протекают термодинамические процессы.

Второе начало термодинамики, как и первое, имеет несколько формулировок.

Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя, полностью в работу.

Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому.

Эти формулировки показывают, что тепловые процессы являются необратимыми. Мерой необратимости процесса, мерой хаотичности является энтропия.

К определению энтропии S можно прийти на основе анализа работы тепловых машин. Если система получает тепло или отдает теплото состояние ее меняется. Тогда, при изменении состояния системы, можно найти не саму энтропию, а только ее изменение, т. е.Для тепловой машины изменение энтропии нагревателя и холодильника равны:. Формуласправедлива для изотермического процесса и представляет собой термодинамическое определение энтропии.

19. Микро- и макросостояния. Статистический вес

Микро- и макросостояния. Состояние макросистемы характеризуется рядом параметров. С точки зрения МКТ каждое макросостояние обусловлено состояниями всех образующих его частиц - микросостояниями, задаваемых значениями координат и скоростей атомов и молекул системы. Следовательно, каждое макросостояние может быть реализовано различными способами.

Понятие статистического веса. Можно доказать, что число способов реализации данного макросостояния равно числу сочетаний С из N элементов по n

C = N!/(n!·(N - n)!), где n! = n·(n - 1)·(n - 2)···3·2·1.

Статистический вес или термодинамическая вероятность W - есть число способов, которыми может быть реализовано данное макросостояние.

W(n, N - n) = N!/(n!·(N - n)!.

Термодинамическая вероятность пропорциональна обычной вероятности. Из формулы следует, что наибольшей вероятностью обладает состояние с равномерным распределением молекул по объему. Однако важно, что в любой момент времени возможны отклонения от этого равновесного состояния, называемые флуктуациями.

Относительные флуктуации числа молекул, давления, температуры и т.п. тем меньше, чем больше число молекул в системе. Отношение среднеквадратичного отклонения некоторой величины к ее среднему значению равно:

Тенденция изменения термодинамической вероятности в замкнутых системах. Поскольку равновесное состояние не имеет тенденции к изменению, то оно является наиболее вероятным и, следовательно, имеет наибольший статистический вес. Таким образом, замкнутая система самопроизвольно переходит к равновесному состоянию. Переход макросистемы из неравновесного состояния в равновесное является необратимым, т.к. обратное изменение соответствует переходу системы в менее вероятное состояние.

Замкнутая система, состоящая из большого количества частиц, стремится перейти к состоянию с их равномерным распределением по объему.

Две особенности:

если система не является замкнутой, то за счет внешней энергии возможно поддержание какого-либо упорядоченного (неравномерного) распределения микрочастиц;

указанная тенденция для замкнутых макросистем справедлива в статистическом смысле, т.е. возможны отклонения от направления течения этого процесса - флуктуации.