12. Энтропия. Свойства энтропии. Её физический и биологический смысл с позиций термодинамики и молекулярной физики.

Понятие энтропии в термодинамику ввел Клаузиус, как функция состояния термодинамической системы, определяющая меру необратимого рассеивания энергии. Клаузиус сформулировал положение «Теплота сама собой не может переходить от тела холодного к телу горячему». Клаузиус: соотношение Q/Т (теплота / температура) есть функция состояния, S – энтропия S = Q/Т

Свойства энтропии составляют 2ое начало ТД. 1) невозможность создания вечного двигателя 2-го рода (без потерь Q) (зависит от поступления Е (а 1го рода без потерь Е)) 2) все реальные процессы сопровождаются рассеянием части Е в Q. Q – деградированная форма энергии. Различные виды энергии делят на 3 класса: А – гравитационная, световая, электрическая энергии –с наименьшими потерями Q могут быть превращены в др. виды Е. В – Е среднего качества (хим. Е). С большей S переходит в др. Е. С – самая низкая – Е с maxS переходит в др. Е. (тепловая).3) Каждыйреальный процесс, протекающий в Тдсист., может осуществляться только в одном направлении => любой процесс необратим. Свойства S: [S]=Дж/моль*К (параметр состояния) Экстенсивный параметр ТД системы. Аддитивность (полная S = ∑S каждой части). dS = diS + deS. diS – часть энтропии, обусловленная изменениями внутри системы. deS – поток энтропии, обусловленный взаимодействием с окружающей средой.S↑, если m↑. S↑ при ↑t. S↑ при переходе в-ва из одного состояния в др. (Тв→ж; ж→г). S – часть общей Е, кот не может использоваться в данной системе (часть Е, кот не пойдет на совершение работы). ↑S ↓E, вовлеченная в обмен, потери tmax.

diS – никогда не имеет отрицательного значения. Если система изолирована (deS = 0): dS = diS ≥0. (diS>0 – не вся внутренняя Е переходит в А, а часть ее рассеивается в виде Q) (diS=0 при обратимых процессах. Рассеивание энергии в пространстве не происходит).

S↑ во всех реальных ТД процессах. В живых системах S↑ или ↓. Всякое ↓S требует участия внешних сил =>S внешней системы будет возрастать. Увеличение S всегда самопроизвольно и необратимо.

Рост и развитие: ↓S, накопление свободной Е.

Статистический смысл энтропии. Принцип Больцмана:

энтропия системы S в данном состоянии пропорциональна термодинамической вероятности W этого состояния: S = k ln W.k – константа Больцмана. W – термодинамическая вероятность, число всех возможных перегруппировок частиц, составляющих данное состояние системы.

Термодинамическая вероятность является числом микросостояний системы, посредством которых реализуется данное макросостояние системы.

Чем больше возможно микросостояний (вариантов расположения частиц), тем более неупорядочена система, тем больше - величины W и S.

Каждая система хар-ся тенденцией самопроизвольного перехода к состоянию max состояния беспорядка, а в процессе роста и развития организмов происходит уменьшение скорости продуцирования энтропии, отнесенной к единице массы объекта. Скорость продуцированния энтропии непрерывно уменьшается и достигает minзн-я в конечном стационарном состоянии

(у человека в 22-25). Затем S↑ - старость. Благодаря> интенсивности метаболизма отток S>, чем ее продукция. «Жизнь – это постоянная борьба против тенденции к возрастанию энтропии».