Главная Обратная связь Поможем написать вашу работу!

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Понятие энтропии. Второй закон



Термодинамики

В основе термодинамики лежит различие между двумя ти­пами процессов — обратимыми и необратимыми. Обратимым называется процесс, который может идти как в прямом, так и в обратном направлении, и по возвращении системы в ис­ходное состояние не происходит никаких изменений. Любой другой процесс называется необратимым.

Законы классической механистической исследовательской программы являются обратимыми. С возникновением термо­динамики в физику входит представление о необратимости процессов, что указывает на границы применимости дина­мического описания явлений.

Для описания термодинамических процессов начала тер­модинамики недостаточно, ибо I начало термодинамики не позволяет определить направление протекания процессов в природе. Характер протекания процессов в природе фикси­руется II началом термодинамики, согласно которому в при­роде возможны процессы, протекающие только в одном направ­лении — в направлении передачи тепла только от более горячих тел менее горячим.

Р. Клаузиусом было установлено, что в обратимых процес­сах некоторая физическая величина, названная им энтропией S, сохраняется. Это означает, что энтропия системы может рассматриваться как функция состояния системы, ибо изме­нение ее не зависит от вида процесса, а определяется только начальным и конечным состояниями системы.

Понятие энтропии позволяет отличать в случае изолиро­ванных систем обратимые процессы (энтропия максимальна и постоянна) от необратимых процессов (энтропия возрастает).

Благодаря работам великого австрийского физика Л. Больцмана это отличие было сведено с макроскопического уровня на микроскопический. Всякое макросостояние может быть осуществлено различными способами, каждому из которых соответствует некоторое микросостояние системы. Число различных микросостояний, соответствующих данному макро­состоянию, называется статистическим весом W, или термо­динамической вероятностью макросостояния. Больцман первым увидел связь между энтропией и вероятностью и связал понятие энтропии S с натуральным логарифмом статистичес­кого веса

W: S = к In W,

где к — коэффициент пропорциональности, названный постоян­ной Больцмана.

Связав энтропию с вероятностью, Больцман показал, что второй закон термодинамики является следствием статисти­ческих законов поведения большой совокупности частиц.

Точка зрения Больцмана означала, что необратимое воз­растание энтропии в изолированной системе, которая не об­менивается энергией с окружающей средой, следует рассмат­ривать как проявление все увеличивающегося хаоса, посте­пенного забывания начальной асимметрии, ибо асимметрия приводит к уменьшению числа способов, которыми может быть осуществлено данное макросостояние, то есть к умень­шению термодинамической вероятности W. Так что любая изолированная система самопроизвольно эволюционирует в направлении забывания начальных условий, в направлении перехода в макроскопическое состояние с максимальной W, соответствующее состоянию хаоса и максимальной симметрии. При этом энтропия возрастает, что соответствует самопроиз­вольной эволюции системы. Закон этот обойти нельзя, воз­растание энтропии является платой за любой выигрыш в ра­боте, оно присутствует во всех физических явлениях. В со­стоянии теплового равновесия энтропия достигает своего максимального значения. Иными словами, в равновесном со­стоянии существует состояние молекулярного хаоса, что оз­начает полное забывание системой своего начального состоя­ния, несохранениее системой информации о своем прошлом.

По словам У. Эддингтона, возрастание энтропии, определяющее необратимые процессы, есть «стрела времени». Для изолированной системы будущее всегда расположено в направлении возрастания энтропии. Это и отличает будущее от на­стоящего, а настоящее от прошлого. То есть возрастание энтропии определяет направление, «стрелу времени». Энт­ропия же возрастает по мере увеличения беспорядка в систе­ме. Поэтому любая изолированная физическая система обна­руживает с течением времени тенденцию к переходу от по­рядка к беспорядку.

Соответственно вышесказанному уместно привести еще одну формулировку II начала термодинамики: «Энтропия изо­лированной системы при протекании необратимых процессов возрастает, ибо система, предоставленная самой себе, перехо­дит из менее вероятного состояния в более вероятное. Энтро­пия системы, находящейся в равновесном состоянии, макси­мальна и постоянна. ∆S > О».


Просмотров 609

Эта страница нарушает авторские права



allrefrs.ru - 2022 год. Все права принадлежат их авторам!