4.2.3. Энтропия. Второе начало термодинамики. Расчет приращения энтропии
Энтропия – это такая функция состояния термодинамической системы, дифференциал которой
.
(31)
Здесь
– приведенное количество теплоты, где
– бесконечно малое количество теплоты,
сообщаемое телу при температуре T.
Из формулы (31) следует, что единица
измерения энтропии – 1 
.
Второе начало термодинамики, как закон возрастания энтропии:
Энтропия
замкнутой термодинамической системы
возрастает (
),
если в системе идут необратимые процессы,
и не изменяется (
)
при равновесии.
Замкнутой
является
термодинамическая система, которая не
обменивается энергией с окружающей
средой, т. е. для нее
Энтропия
незамкнутой системы
может изменяться любым образом (убывать,
возрастать, оставаться постоянной) в
соответствии с формулой (31); например,
если
,
т. е. система отдает теплоту, то и
,
что означает уменьшение энтропии
системы, но при
величина
и энтропия системы возрастает.
Энтропия
является аддитивной
величиной:
энтропия системы равна сумме энтропий
тел, входящих в систему. Например,
энтропия смеси двух газов, а также ее
приращение
,
– равно сумме приращений энтропии
первого и второго компонентов смеси.
В
соответствии с определительной формулой
(31) для адиабатного процесса (
)
имеем
;
следовательно, обратимый адиабатный
процесс протекает при постоянной
энтропии. Поэтому адиабатный
процесс называют
изоэнтропийным.
Расчет
приращения энтропии
при переходе системы из состояния 1 в
состояние 2 ведется путем суммирования
бесконечно малых приращений
с учетом формулы (31):
,
(32)
где величина , согласно формуле (21):
.
В изобарном процессе приращение энтропии
(33)
В
изохорном процессе
аналогично:
(34)
В
изотермическом процессе,
с учетом первого закона ТД в виде
и формулы для работы, находим
.
При фазовых переходах, протекающих при постоянной температуре T, в соответствии с формулой (32), получаем
,
(35)
где – теплота фазового перехода. Например, для плавления льда
,
где λ – удельная (на 1 кг массы) теплота плавления льда.
Рис. 19
начинается практически в точке (0;0), так
как третье начало
термодинамики (теорема
Нернста– Планка) утверждает, что энтропия
всех тел стремится к нулю при приближении
температуры
.
В направлении, показанном стрелкой
(справа от графика
),
по мере возрастания температуры
происходит увеличение энтропии вещества.
При этом увеличивается объем системы
и с увеличением температуры возрастает
скорость движения молекул. Следовательно,
растет хаотичность («беспорядок») как
в расположении молекул в объеме вещества,
так и в движении молекул.