Ф изика термодинамика бля лекции и вопросы / OF3_4_Entropia_Vtoroe_nachalo_termodinamiki_min

Флуктуации

(Fluctuations)

Любое упорядоченное состояние всегда можно осуществить меньшим числом способов, чем неупорядоченное. Понятно, что наиболее вероятным будет состояние, которое может быть осуществлено наибольшим числом способов. Это состояние и есть равновесное состояние. Поскольку оно всегда осуществляется наибольшим числом способов, система, предоставленная самой себе, перейдёт именно в равновесное состояние. Самопроизвольное отклонение от этого состояния чрезвычайно маловероятно.

В природе происходят самопроизвольные отклонения от равновесия, но они весьма малые и кратковременные. Такие отклонения называют флуктуациями.

Макроскопическое состояние

Макроскопическое состояние (макросостояние)

термодинамической системы (в частности, идеального газа) определяется значениями её внешних термодинамических параметров (давления р, температуры Т, объёма V, внутренней энергии U и т.п.), доступных измерениям.

Для определения макроскопического состояния однокомпонентной (однофазной системы) достаточно знать значения любых 2 независимых параметров (например, Т и р или Т и V).

Статистический вес

(Statistical weight)

Наиболее вероятным является то макросостояние, которое можно осуществить с помощью максимального числа микросостояний. Число способов, которыми можно осуществить данное состояние называют статистическим весом

данного состояния.

Тело, предоставленное самому себе, стремится перейти в состояние с бó льшим статистическим весом.

Любой процесс в замкнутой системе завершается переходом системы в состояние с большей степенью беспорядка

Термодинамическая вероятность

(Thermodynamic probability)

Термодинамической вероятностью W называют число способов размещения частиц Z или число микросостояний, реализующих данное макросостояние.

Математическая вероятность P макросостояния системы не может превышать единицы, а термодинамическая вероятность W всегда больше, или, в крайнем случае, равна единице.

Распределение двух молекул в половинках сосуда

Распределение четырёх молекул в половинках сосуда

Формула (принцип) Больцмана

Энтропия – мера беспорядка физической системы:

S = k lnW

S > 0

Подобно всем логарифмам, натуральный логарифм отображает умножение в сложение:

ln ( xy ) = ln ( x) + ln ( y )

Второе начало термодинамики

(Second principle of thermodynamics)

Второе начало термодинамики:

При всех процессах, происходящих в макроскопической системе, система не может самопроизвольно переходить из более вероятного состояния в менее вероятное. Конечное состояние системы всегда будет или более вероятным, чем начальное, или, по крайней мере, будет иметь ту же вероятность и энтропию.

Фактически второе начало термодинамики устанавливает необратимость макроскопических процессов, протекающих с конечной скоростью: процессы, связанные с теплообменом при конечной разности температур, с трением, с диффузией и др., текущие с конечной скоростью, необратимы, т. е. могут самопроизвольно протекать только в одном направлении.