Второй закон термодинамики. Энтропия. Изменение энтропии в открытых системах. Диссипация энергии.
При прохождении в изолированной системе самопроизвольных процессов энтропия системы возрастает или энтропия изолированной истемы стремиться к максимуму, т.к. самопроизвольные процессы всегда будут происходить пока есть перепады температуры. Если система неизолированна или в нее поступает тепло, ее энтропия будет увеличиваться еще больше (dS=dQ\dt)
Энтропия—это физическая величина, характеризующая значение связанной энергии данной системы, приходящееся на единицу температуры (1 К).
Связанная энергия (Wсвяз) зависит от степени неупорядоченности молекулярного движения, а ее количественной мерой служит температура. Поэтому Wсвяз пропорциональна Т. Однако величина связанной энергии в разных системах, имеющих одинаковую температуру, не всегда одинакова. Следовательно, степень неупорядоченности молекулярного движения зависит не только от температуры, но и от еще каких-то свойств системы.
Эти свойства Клаузиус (1865) выразил в виде коэффициента, который однозначно связывает значения Wсвязь и Т. Коэффициент принято обозначать буквой S и называть энтропией. С вводом энтропии зависимость связанной энергии системы от ее температуры выглядит так: Wсвяз =S•T, откуда S= Wсвяз /T [Дж•К-1].
Практический интерес представляет не сама по себе свободная энергия, а ее изменение. При V=const и T=const
∆F=∆U-T•∆S
Если объем изменяется, то изменение свободной энергии определяется по формуле
∆G=∆U-T•∆S+p•∆V
Таким образом, энергия в различных формах имеет практическую ценность тем выше, чем большую часть этой энергии можно преобразовать в работу, то есть чем меньше доля связанной энергии, мерой которой служит энтропия.
Следовательно, чем ниже энтропия системы, тем выше ценность свойственной ей внутренней энергии.
Энтропия является функцией состояния системы
Рассмотрим теперь, как практически можно вычислить значение энтропии. Согласно положениям термодинамики, изменение энтропии при элементарном обратимом процессе определяется выражением:
dS=
или, при обратимом переходе из некоторого состояния (1) в состояние (2):
∆S12=
Превращение свободной энергии в связанную называют диссипацией (рассеянием) энергии. Таким превращением сопровождается любое преобразование более ценной формы энергии в менее ценную. Например, преобразование химической энергии, заключенной в биологических макромолекулах, в тепловую есть диссипация энергии.
Второе начало термодинамики: в изолированной системе общее изменение энтропии всегда положительно. Основное значение второго начала состоит в предсказании направления процессов в системе. Второе начало термодинамики дает единый алгоритм изучения самых различных явлений.