Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Толмен Р. -> "Относительность. Термодинамика и космология" -> 58

Относительность. Термодинамика и космология - Толмен Р.

Толмен Р. Относительность. Термодинамика и космология — М.: Наука, 1974. — 520 c.
Скачать (прямая ссылка): otnositelnosttermodinamikaikosmologiya1974.pdf
Предыдущая << 1 .. 52 53 54 55 56 57 < 58 > 59 60 61 62 63 64 .. 205 >> Следующая

энтропии, равным /?ln(ci/c2), безотносительно к скорости этого процесса.
И наконец, из наших знаний химической кинетики и условия (59.1), которое
всегда выполняется при переходах в изолированных системах, следует, что
если и возможна какая-либо химическая реакция, не приводящая к
возрастанию энтропии, то в среднем должно установиться такое равновесие
между прямой и обратной реакциями, при котором состав смеси будет
оставаться постоянным.
Итак, па примере этой простой системы мы приходим к заключению, что не
существует никаких процессов (независимо от того, происходит или нет
взаимодействие системы со средой), которые одновременно и были бы
обратимыми, и протекали бы с конечной скоростью. Изученная система
достаточно типична для того, чтобы возвести этот вывод в ранг общего
правила классической термодинамики.
Остается указать на причины, по которым это правило нарушается при
объединении термодинамики с общей теорией относительности. Они
заключаются в возможности изменений собственного объема элемента
вещества, измеряемого локальным наблюдателем, возникающих при изменениях
гравитационного потенциала, которыми пренебрегают в классической теории.
Выше мы пришли к заключению, что обратимое увеличение объема газа ие
может происходить с конечной скоростью из-за возникающего при этом трения
и вследствие падения давления при распространении газа на больший объем
при отводе поршня. В релятивистской механике, однако, существует
возможность такого изменения собственного объема, при котором отсутствует
трение и сохраняется равенство внутреннего и внешнего давлений. А это,
естественно, приводит к отличиям от обычной термодинамики.
Ю 1\ 'Голмеи
146
ГЛ. V. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ И ТЕРМОДИНАМИК'
§ 63. Конечное состояние изолированной системы
Третий закон классической термодинамики, который мы хотим здесь
рассмотреть, гласит: конечное состояние изолированной системы всегда
будет состоянием с максимальным значением энтропии, в котором никакое
дальнейшее ее изменение не возможно. Это правило в классической
термодинамике довольно просто обосновать, исходя из первого и второго
законов термодинамики.
Согласно первому закону классической термодинамики энергия изолированной
системы должна оставаться постоянной, а в соответствии со вторым законом
(§ 59, § 62) энтропия системы должна со временем возрастать в результате
каких-либо реальных термодинамических переходов, в ней происходящих.
Следовательно, если есть верхний предел, т. е. максимальное из возможных
значений энтропии для данной системы, то этим значением и определяется
конечное состояние, из которого в соответствии с условием (59.2)
дальнейшие переходы невозможны.
Доказательство того, что такое наивысшее значение энтропии должно
существовать, можно детально провести методами классической термодинамики
на примере любой конкретной изолированной системы, выбранной в качестве
типичной. Из общих соображений очевидно, что энтропию системы следует
считать функцией ее энергии, объема и определенного числа других
параметров, описывающих внутреннюю конфигурацию системы и ее состав. В
случае же изолированной системы, так как ее энергия постоянна, остается
рассмотреть зависимость энтропии лишь от объема и от внутренних
параметров. Для более конкретного объекта - газа, не ограниченного в
пространстве никакими стенками, зависимость оказывается такой, что при
постоянной энергии конечное состояние с максимальной энтропией
достигается при бесконечном расширении газа и при его полной диссоциации
на отдельные атомы. Для систем же, существующих за счет внутренних
связей, конечное состояние с максимальной энтропией достигается в том
случае, когда внутренние переменные принимают наиболее выгодные значения
в области изменений, ограниченной заданием значения энергии.
Для примера рассмотрим однородную систему с постоянными энергией и
объемом. Согласно выводам § 60 возможность данной химической реакции в
ней определяется с учетом
(60.12) условием
(63.1)
" 64. ЭНЕРГИЯ И ЭНТРОПИЯ ОДНОАТОМНОГО ГАЗА
147
г де каждое из 6nt означает здесь изменение количества какого-либо из
взаимодействующих веществ (в молях) при том условии, что реакция
развивается с бесконечно малой скоростью. А поскольку величина любой
частной производной (dS/drii) в действительности уменьшается с
возрастанием пи очевидно, что в итоге непрерывные реакции должны
приводить к максимальному значению энтропии.
В результате подобных рассуждений, проведенных в рамках классической
термодинамики, мы приходим к выводу, что изолированные системы в конечных
состояних должны обладать максимальными из возможных значений энтропии,
при которых дальнейшие процессы уже невозможны. Однако при обобщении
термодинамики в общей теории относительности это заключение
модифицируется, поскольку в релятивистской механике не требуется
постоянства величины, соответствующей полной собственной энергии
изолированной системы, а это снимает требование на условия возрастания
Предыдущая << 1 .. 52 53 54 55 56 57 < 58 > 59 60 61 62 63 64 .. 205 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed