13.3 Энтропия

Рассмотрим обратимый цикл (рис. 41). А и В – произвольные состояния. Можно доказать, что сумма приведенных количеств тепла при переходе из состояния А в состояние В не зависит от пути, по которому совершается переход. Таким образом

Рисунок 41

(17), где S – функция состояния тела, введена

Клаузиусом и названа им энтропией. (греческое слово «энтропос» - поворот, возвращение).

Изменение энтропии ∆ S при переходе из состояния А в состояние В равно:

(18),

где S_a и S_b – энтропия в начальном и конечном состояниях системы. Размерность энтропии – Дж/град. Каждое состояние тела характеризуется определенным значением энтропии S. По формуле (18) можно вычислить только разность энтропии для двух состояний тела.

Клаузиусом получены следующие положения, которые мы принимаем без доказательства:

а) энтропия системы, состоящей из нескольких тел, равна сумме энтропий этих тел.

б) если в изолированной системе происходят необратимые процессы, то ее энтропия возрастает.

в) энтропия изолированной системы не может уменьшаться ни при каких процессах.

Математически эти выражения записываются в виде неравенства Клаузиуса:

(19).

Все реальные процессы являются необратимыми. Поэтому в изолированной системе все процессы ведут к увеличению ее энтропии. Это положение называется принципом возрастания энтропии.

Рассмотрим физический смысл энтропии. Из формулы К.П.Д. видно, что для получения наибольшей работы температура нагревателя должна быть как можно выше. Переданное количества тепла телу считают положительным, следовательно и изменение энтропии тоже положительным. И энтропия тела возрастает. Если передача теплоты происходит при более низкой температуре нагревателя, то К.П.Д. будет ниже, а возрастание энтропии больше, т.к. температура в выражении для энтропии входит в знаменатель. Поэтому энтропию можно рассматривать как меру обесцененности энергии тела. Или иногда употребляют: энтропия есть мера тепловой неработоспособности тела. При возрастании энтропии – увеличивается беспорядок в состоянии системы, т.е. энтропия – мера беспорядка состояния системы.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется круговыми процессами (циклами)?

2. Проанализируйте прямой и обратный циклы.

3. Возможен ли процесс, при котором теплота, взятая от нагревателя, полностью преобразуется в работу?

4. Сформулируйте второе начало термодинамики.

5. Дайте понятие энтропии.Как изменяется энтропия изолированной системы при процессах: 1) обратимых; 2) необратимых?

Список литературы Основная

1. Грабовский Р.И. Курс физики / Р. И. Грабовский. – СПб.; Издательство «Лань», 2002.-608 с.

2. Пронин В.П. Краткий курс физики / В.П. Пронин. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2007 г. – 200 с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: «Высшая школа». 2003 г. – 350с.

Дополнительная

1.Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. Учебное пособие/ С.-Петербург: Издательство «Лань», 2009г. 500экз.

2.Рогачев Н.М. Курс физики. Учебное пособие// С.-Петербург: Издательство «Лань», 2010г.- 448с. 1000 экз.

3.Трофимова Т.И.Физика в таблицах.. М.: «Высшая школа». 2008г