4. Характеристика производства энтропии

1. Рассмотрим изолированную систему.

Для изолированных систем обмен энергией и веществом с окружающей средой невозможен; поэтому изменение энтропии изолированной системы равно производству энтропии:

Согласно второму началу термодинамики энтропия изолированной системы может только возрастать, и, следовательно, изменение энтропии во времени не может быть отрицательным. На основании этого получаем, что производство энтропии – также неотрицательная величина:

2. Рассмотрим открытую систему, находящуюся в стационарном состоянии.

В стационарном состоянии все параметры открытой системы, в том числе и энтропия, не меняются во времени:

Потоки энергии и вещества, поступающие в систему из окружающей среды, определяют отрицательный поток энтропии , который компенсируется производством энтропии благодаря необратимым процессам, протекающим внутри системы. Отрицательный поток энтропии означает, что в стационарном состоянии система непрерывно увеличивает энтропию окружающей среды.

5. Структура производства энтропии

Производство энтропии системы является диссипативной функцией и представляет собой сумму произведений термодинамических потоков на термодинамические движущие силы необратимых процессов, протекающих в системе:

Под термодинамической движущей силой понимают разность каких-либо потенциалов (концентраций, температур, давлений и т.д.), которая вызывает протекание соответствующего процесса, является его причиной. Под термодинамическим потоком – количественное выражение процесса, изменение характеризующей его величины за единицу времени.

В состоянии термодинамического равновесия движущие силы всех необратимых процессов, протекающих в гетерогенных полидисперсных средах, равны нулю и все связанные с ними потоки отсутствуют:

Поэтому естественно предположить, что по крайней мере для состояний вблизи равновесия между потоками и движущими силами существуют линейные однородные соотношения:

(3.7)

Таким образом, анализируя производство энтропии системы, можно получить в явном виде структуры движущих сил и вблизи равновесия определить потоки, соответствующие силам.

Выпишем из соотношения (3.6) потоки и соответствующие им движущие силы, классифицируя их по тензорной размерности:

Потоки	Силы
Тензоры
– поток вязких напряжений в сплошной фазе	– приведённый тензор скоростей деформаций
Векторы
– поток силы взаимодействия между сплошной фазой и r-фазой:	– движущая сила взаимодействия между сплошной фазой и r-фазой
– поток тепла внутри сплошной фазы: – закон Фурье	– движущая сила переноса тепла в сплошной фазе
– поток массы внутри сплошной фазы:	– движущая сила переноса массы в сплошной фазе
Скаляры
– поток тепла между сплошной фазой и r-фазой:	– движущая сила теплообмена между сплошной фазой и r-фазой
– поток массы между сплошной фазой и r-фазой:	–  движущая сила массообмена между сплошной фазой и r-фазой