II закон термодинамики

II закон термодинамики определяет условия самопроизвольного протекания процессов. Установлено, что все самопроизвольные процессы реализуются под влиянием двух основных факторов:

1) стремления системы к достижению минимума энергии;

2) стремления системы к увеличению ее энтропии, т.е. возрастанию беспорядка в ней.

Э нтропия (S) – термодинамическая функция, характеризующая меру неупорядоченности движения частиц системы, т.е. неоднородности расположения и перемещения ее частиц.

Для обратимого процесса:

S = ;

Для необратимого процесса:

S 

где S – изменение энтропии системы;

Q – теплота, передаваемая системе;

Т  абсолютная температура, при которой осуществляется процесс.

Энтропия – экстенсивное свойство системы: S = S_кон  S_нач

Изменение энтропии как функции состояния можно рассчитать, используя следствие из закона Гесса:

S^о_р-ции = S^о(прод. р-ции)  S^о(исх. в-в),

где S^о – стандартная энтропия образования вещества.

Значения стандартных энтропий образования некоторых веществ приведены в табл. 2 приложения.

Величина энтропии зависит: от агрегатного состояния, аллотропной формы, температуры, давления, сложности системы.

• Энтропия вещества в газообразном состоянии больше, чем энтропия его в жидком состоянии, а последняя больше энтропии этого вещества в твердом состоянии: Sг > Sж > Sтв.

• Энтропия простых веществ зависит от их аллотропной формы:

S(графит) > S(алмаз); S(O₂) < S(O₃)

• Энтропия системы при повышении температуры возрастает, так как увеличивается неупорядоченность движения частиц:

если T₁ > Т₂, то S₁ > S₂

• Энтропия системы при повышении давления уменьшается, так как снижается неупорядоченность движения частиц:

если р₁ > р₂, то S₁ < S₂

С увеличением сложности системы энтропия повышается, так как возрастает число видов частиц и вариантов их расположения.

Энтропия – важнейший термодинамический параметр, который является не только мерой неупорядоченности расположения и движения частиц в системе, но и мерой связанной энергии, которую система не может превратить в работу, критерием направления протекания самопроизвольного процесса, критерием глубины протекания процесса (S = S_max).

Свойства энтропии позволяют проследить цепочку усложняющихся образований от атомов элементов до белковых молекул, от неживой природы до живой клетки (рис. 2).

Существует несколько формулировок II закона термодинамики:

Т еплота не может самопроизвольно переходить от менее нагретого тела к более нагретому (Р. Клаузиус, 1850 г.).

Н евозможно построить вечный двигатель второго рода, т.е. невозможно теплоту полностью превратить в работу (В. Томсон)

Рис 2. Схема образования от атомов элементов до белковых молекул, от неживой природы до живой клетки

В се самопроизвольные процессы в макроскопических системах протекают в направлении от менее вероятного состояния к более вероятному состоянию системы (Л. Больцман)

В изолированных системах самопроизвольно могут совершаться только такие процессы, в которых энтропия системы возрастает: S  0.

В любой изолированной системе полная энергия остается постоянной, а полная энтропия со временем только повышается: U = 0, S  0.