2. Свойства энтропии.

Энтропия S ведена в науку Клаузиусом в 1865 г. Она была предназначена для реабилитации термодинамики Карно, который основывался на теории теплорода. К тому времени стало ясно, что теплота не есть невесомая неуничтожимая жидкость (флюид), ибо она может превращаться в эквивалентных количествах в работу. Поэтому Клаузиус представил количество тепла dQ_Q в виде произведения температуры Т на изменение энтропии dS системы формула (60):

dQ_Q = ТdS дж.

При введении энтропии Клаузиус совершил следующие два «преступления», которые заставили науку вариться в собственном соку в течение последующих ста лет.

Первое преступление заключается в том, что Клаузиус отказался от теории теплорода только наполовину. Он сделал теплоту уничтожимой, так как она может исчезать и возникать за счет активностей других форм движения, но сохранил за нею право перетекать из тела в тело (§ 58).

Второе преступление выразилось в том, что Клаузиус дал «обоснование» справедливости формулы (60). Ошибочное по существу [9], по форме это обоснование накрепко привязало энтропию к состояниям покоя (равновесия) системы и к идеальным (обратимым) процессам.

В результате свойства энтропии выглядят следующим образом.

Энтропия есть параметр состояния, характеризующий свойства макроскопической системы в условиях равновесия. Энтропия системы может изменяться, но переходить из тела в тело она не в состоянии. Переходит только теплота. Таким образом, энтропия приобретает смысл удобного расчетного параметра, который получается, если количество тепла разделить на температуру. За сто лет в энтропии невозможно было обнаружить другого физического смысла.

По Клаузиусу, реальный (необратимый) процесс теплообмена между двумя телами происходит следующим образом (рис. 24). Первое тело теряет количество тепла dQ_Q. Это тепло приобретает второе тело. Вследствие теплообмена энтропия первого тела уменьшается на величину

dS’ = dQ_Q/Т’ дж/град,

а энтропия второго тела возрастает на величину

dS” = dQ_Q/Т” дж/град.

Знаменатель второй дроби Т” меньше, чем знаменатель первой дроби Т’, поэтому суммарное изменение энтропии двух тел всегда больше нуля, т.е.

dS = dS” - dS’ = dQ_Q/Т” - dQ_Q/Т’ > 0. (533)

Рис. 24. Схема переноса теплоты от тела 1 к телу 2, по Клаузиусу.

Отсюда видно, что необратимые взаимодействия сопровождаются возрастанием энтропии. Но на сколько увеличивается энтропия – этого вопроса теория Клаузиуса решить не в состоянии. В результате количественная сторона всех реальных процессов оказалась за семью замками. Максимум, что можно было сделать для реальных процессов в рамках идеи о переносе теплоты, это написать следующее знаменитое соотношение:

dS  dQ_Q/Т дж/град. (534)

Знак равенства относится к идеальным процессам, а знак неравенства – к реальным.

Теория Клаузиуса, сделавшая энтропию, как и всю термодинамику, принадлежностью равновесных состояний, завела науку в тупик, ибо лишила ее возможности изучать реальные (необратимые) процессы.