Физическая сущность закона раскрывается в формулировке, предложенной Больцманом: системы стремятся от состояний менее вероятных, к состояниям боле вероятным.
Так любая изолированная система придет к состоянию термодинамического равновесия. При D T и изоляции системы через некоторое tвсе элементы термодинамической системы будут иметь одинаковую Т.
В 1950 г. Клаузиусом была предложена формулировка второго закона термодинамики.
Теплота самопроизвольно переходит только от тел, имеющих большую температуру к телам, имеющим более низкую температуру и не может самостоятельно переходить в обратном направлении.
Рассмотрим теплоизолированную систему, находящегося в механическом взаимодействии с окружающей средой: газ, заключенный в адиабатном цилиндре под поршнем.
Подвергая газ сжатию, увеличиваем внутреннюю энергию системы на величину затраченной работы: du = TdS + pdu.
Рассматривая равновесный и неравновесный процессы ( нрв и рв), приходим к выводу, что duнрв > duрв или D u > 0.
Считаем, что в адиабатной системе газ имеет две степени свободы: деформационную и тепловую. Если крайние объемы в неравновесных и равновесных процессах одинаковы, то различие во внутренней энергии обусловлено различием энтропии: dSнрв > dSрв . DS > 0.
Вывод: Энтропия газа при сжатии возрасла, хотя подвода теплоты извне не было.
Тот же эффект получается и при расширении газа в равновесных и неравновесных процессах: при неравновесном расширении газ производит меньшую работу, чем при равновесном. Следовательно его внутренняя энергия притом же объеме : Vрв = Vнрв будет больше. Следовательно DS > 0, при dQ = 0.
Вывод: 1 В результате реальных процессов несмотря на условие dQ = 0, имеет место увеличение энтропии.
2 При прочих равных условиях возрастание S будет тем выше, чем быстрее развивается процесс. Однако средствами и методами термодинамики невозможно установить количественный рост S.
В реальных процессах может быть справедливо только неравенство:
dS >dQ / Te . (3.1)
Возрастание энтропии системы может служить мерой неравновесности ( необратимости ) реальных процессов.
(3.1) - в общем виде представляет собой второе начало ( закон) термодинамики.
Для равновесных процессов неравенство ( 3.1) превращается в равенство и индекс у температуры не имеет смысла: Тi = Te.
Объединенное выражение первого и второго законов термодинамики имеет вид:
TdS ³ du + pdu (3.2)
Таким образом второму началу термодинамики можно дать и такую интерпритацию.
Каким бы воздействиям не подвергалась термодинамическая система, в ней возникают такие внутренние процессы ( наряду с изменениями других координат ), как если бы извне подводилось определенное количество теплоты ( dQ). В энергетическом плане такой эффект не противоречит закону сохранения энергии, так как она при любых обстоятельствах изменяется в точности на величину подведенной к системе dQ и dL. Однако часть энергии становится качественно иной: она теряет работоспособность. Следовательно обратный полный переход всей приобретенной системой энергии во внешнюю работу становится невозможным.
Для изолированной системы энтропия в равновесном состоянии ( из 3.1) будет максимальной, когда в системе не остается разности температур. Следовательно второй завон термодинамики может быть сформулирован так: энтропия всякой изолированной системы стремится к максимуму.
В конце XIX века ученые ( Максвелл, Больцман, Гибсс и другие ) доказали, что второй закон термодинамики имеет значение только для макропроцессов и не применим для микромера.
Больцман дал статистическое толкование этого закона ( как положил начало статистической физики ).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.