34. Оборотні і необоротні процеси. Ентропія. Другий закон термодинаміки.

Використовуючи поняття кругового процесу, можна дати на-ступне визначення оборотного процесу:Оборотні процеси - це такі кругові процеси, після яких сис-тема повертається до початковогостану і при цьому в оточу-ючому середовищі не відбуваються будь-які зміни.Слід зазначити, що оборотні процеси - це певна ідеалізація реальних процесів. Робота під час такого процесу виконується дуже повільно, без будь-яких втрат і тому вона максимальна:WOE = WMAX- (3-4)В усіх оборотних процесах відбувається зрівнювання інтенсивних параметрів; спостерігається більш рівномірний розподіленергії.Усі процеси, які проходять самодовільно - необоротні. Напрактиці вони часто зустрічаються і тому найбільш цікаві для експериментаторів. Необоротні процеси - це такі кругові процеси, при яких си-стема повертається у початковий стан, а в оточуючому сере-довищі відбуваються необоротні зміни.Це визначення можна сформулювати інакше: в результаті не-оборотного процесу неможливо повернути до початкового стану і систему, і навколишнє середовище.Повернемося до оборотних процесів. Узагальнюючи теорему Карно-Клаузіуса і формулу (3.1) для ККД термодинамічного процесу, яка записана для енергетичних параметрів, маємо:а^&£^;і_&=і_*кдаВраховуючи тепловий ефект (тобто знаки Qj і Q2), останній вираз можна переписати у такому вигляді:Тх Т2 ' ^ }деприведена теплота. Для оборотного процесу можназаписати вираз:SQiВраховуючи, що будь-який круговий цикл можна замінити сукупністю циклів Карно (рис. 4), суму у виразі (3.7) можна замі-нити на інтеграл уздовж замкненого контуру:Q = constT = constРис. 4. Довільний рівноважний круговий цикл 1-2- (5QOR3 математики відомо: якщо контурний інтеграл дорівнює ну-лю, обов'язково існує така функція, повний диференціал якої до-рівнює величині, що стоїть під знаком інтегрування. Для теоре-тичних досліджень термодинамічних процесів подібну функцію вперше запропонував Клаузіус і дав їй назву ентропії.Останній вираз - математичний запис другого закону термо-динаміки для будь-якого рівноважного оборотного процесу.Розглянемо реальні необоротні процеси. Візьмемо два дові-льних стани системи 1 і 2, яким відповідають значення внутріш-ньої енергії Ui і U2. Існують два можливих шляхи переходу сис-теми зі стану 1 у стан 2: а) процес оборотний та б) процес необо-ротний. У відповідності з положеннями першого закону термо-динаміки можна записати наступне:QMS = AU + Wж;QHEOE = kU + WHEOE Величина AU = Ui - U2 в обох випадках однакова. Вона не залежить від шляху переходу, оскільки U - функція стану, а не функція переходу від одного стану до іншого.Відомо, що WOE = WMAX; W0B > WHEOB. ТОДІ маємо:Для нескінченно малих змін станів можна записати наступне:SQOE>SQHEOE; 8QOE> SQHEOE, (3.12)і тоді, використовуючи рівняння (3.9), можна отримати:Вперше статистичний зміст ентропії був наведений Больцма-ном. Він також запропонував другий закон термодинаміки у ста-тистичному вигляді:S = k-lnW(3.17)де W - термодинамічна ймовірність системи: число мікрос-танів, яке визначає даний макростан системи.Величина W > 1. Оскільки у статистиці розглядаються вла-стивості окремих частинок макросистеми, а термодинаміка опе-рує з великою кількістю мікрочастинок, то підхід Больцмана до аналізу макропараметра з позицій оцінки властивостей мікропа-раметрів показує глибокий взаємозв'язок молекулярно-кінетичних та термодинамічних принципів аналізу поведінки ма-кросистем.Ентроп́ія S — в термодинаміці міра енергії у термодинамічній системі, яка не може бути використана для виконання роботи. Вона також є мірою безладдя, присутнього в системі.Поняття ентропіїПоняття ентропії було вперше введено у 1865 році Рудольфом Клаузіусом. Він визначив зміну ентропії термодинамічної системи при оборотному процесі як відношення загальної кількості теплоти ΔQ, отриманої або втраченої системою, до величини абсолютної температури T:Рудольф Клаузіус дав величині S назву «ентропія», утворивши її від грецького слова τρoπή, «зміна» (зміна, перетворення).Рівність відноситься саме до зміни ентропії. У термодинаміці ентропія визначається лише з точністю до сталої.Зв'язок між теплоємністю та ентропією дається формулоюВластивості ентропіїЕнтропія є екстенсивною величиною(залежить від маси і об'єму системи), тому сумарна ентропія двох системЕнтропія є функцією стану системи, її зміна не залежить від способу переходу з кінцевого стану у початковий: . В самочинних процесах, які протікають в ізольованій системі, ентропія зростає(ΔS>0), а в оборотних рівноважних — вона незмінна (ΔS=0).Ізоентропійність — незмінність ентропії; ізоентропійні п р о ц е с и — зміна стану фізичної системи, коли не змінюється її ентропія.