Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Яворский Б.М. -> "Физика для школьников старших классов и поступающих" -> 54

Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.

Яворский Б.М. Физика для школьников старших классов и поступающих — М.: Дрофа, 2005. — 795 c.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка): fizikadlyashkolnikovstarshihklasov2005 .djvu
Предыдущая << 1 .. 48 49 50 51 52 53 < 54 > 55 56 57 58 59 60 .. 236 >> Следующая


б) Энтропия изолированной системы, совершающей необратимый цикл, возрастает:

в) Энтропия изолированной системы при любых происходящих в ней процессах не убывает:

AS>0.

При элементарном изменении состояния изолированной системы энтропия не убывает: dS > 0.

Знак равенства относится к обратимым процессам, а знак неравенства к необратимым. Пункт в) является одной из формулировок второго закона (начала) термодинамики.

4°. Для произвольного процесса, происходящего в термодинамической системе (11.1.3.1°), справедливо соотношение

AS1^ = S2-S1

ASo6p = 0, S = const.

8Q < TdS,
§ II.4.4. ЭНТРОПИЯ И СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ

171

где T — температура того тела, которое сообщает термодинамической системе теплоту 5Q в процессе бесконечно малого изменения состояния системы. Используя для 8Q первое начало термодинамики (11.2.3.1°), предыдущее неравенство можно переписать в форме, объединяющей первое и второе начала термодинамики:

T dS > dU + SA.

5°. Для обратимого процесса

5А = -(dU - T dS),

или

5А = -d(U -TS)-S dT = -dF - S dT,

где

F = U -TS

называется свободной энергией (энергией Гельмгольца). Свободная энергия равна разности двух функций состояния (11.1.3.8°) и поэтому тоже является функцией состояния термодинамической системы.

Если система совершает обратимый изотермический процесс, то dT = 0 и SAii30t = -dF. При переходе системы из состояния 1 в состояние 2 в обратимом изотермическом процессе

-^ИЗОТ ~ ^2 •

Убыль свободной энергии является мерой работы, которую совершает система (тело) в обратимом изотермическом процессе.

6°. Из формулы U=F + TS следует, что внутренняя энергия тела (системы) равна сумме свободной энергии F и связанной энергии TS. Связанная энергия представляет собой ту часть внутренней энергии тела (системы), которая не может быть передана в форме работы в изотермическом процессе. В указанном смысле эта часть внутренней энергии является «обесцененной». Связанная энергия тем больше, чем больше энтропия тела (системы). Поэтому энтропия тела (системы) служит мерой «обесцененности» его энергии.
172

ГЛ. II.4. ВТОРОЙ ЗАКОН (НАЧАЛО) ТЕРМОДИНАМИКИ

§ II.4.5. Статистическое истолкование второго закона термодинамики

1°. Утверждение второго закона (начала) термодинамики о невозможности убывания энтропии в изолированной системе (11.4.4.3°) может быть истолковано статистически, на основе молекулярно-кинетической теории строения веществ, с помощью формулы Больцмана'.

S = k In P + const,

где S — энтропия системы, k — постоянная Больцмана (11.1.4.5°), P — термодинамическая вероятность состояния.

2°. Термодинамическая вероятность состояния P тела (системы) равна числу различных распределений частиц по координатам и скоростям, соответствующих данному термодинамическому состоянию (11.1.3.3°). По определению, P есть целое число, не меньшее единицы (Р > 1). Из формулы Больцмана (п. 1°) вытекает следующее статистическое истолкование второго закона термодинамики: термодинамическая вероятность состояния изолированной системы при всех происходящих в ней процессах не может убывать.

При любом процессе, который протекает в изолированной системе и переводит ее из состояния 1 в состояние 2, изменение ДP термодинамической вероятности P положительно или равно нулю: AP = P2 - Рг> 0.

В случае обратимого процесса AP = 0, т. е. термодинамическая вероятность P постоянна. Если происходит необратимый процесс, то AP > 0 и P возрастает. Это означает, что необратимый процесс переводит систему из менее вероятного состояния в более вероятное, в пределе — в равновесное состояние (11.1.3.3°).

3°. Второе начало термодинамики, будучи статистическим законом, описывает закономерности хаотического движения большого числа частиц, составляющих изолированную систему. В системах, состоящих из небольшого числа частиц, наблюдаются флуктуации (11.4.6.1°), которые являются отклонениями от второго закона термодинамики.

4°. Распространение второго закона термодинамики на всю Вселенную, рассматриваемую как изолированная система, привело к выводу о неизбежности «тепловой смерти Вселен-
§ II.4.6. ФЛУКТУАЦИИ

173

ной». Под этим понимали переход Вселенной в такое изотермическое состояние, энтропия в котором достигает максимального значения. В этом состоянии из всего многообразия форм движения и процессов во Вселенной должно остаться только беспорядочное тепловое движение, преобразование которого в другие формы движения невозможно. Однако такая экстраполяция второго закона термодинамики на всю Вселенную неправомерна. Так, согласно общей теории относительности, Вселенную следует рассматривать не как изолированную систему, а как нестационарную систему, находящуюся в переменном гравитационном поле. Эта система непрерывно изменяется, причем у нее не может быть состояния, энтропия в котором максимальна.

§ II.4.6. Флуктуации

1°. В системах, состоящих из сравнительно небольшого числа частиц, возможны значительные отклонения некоторых физических величин, характеризующих системы, от их средних значений. Такие отклонения называются флуктуациями физических величин. Например, в сильно разреженных газах плотность в различных местах объема газа может отличаться от средней плотности, соответствующей равновесному состоянию при определенных р и Т. Точно так же могут наблюдаться случайные отклонения температуры Г, давления р и других физических величин.
Предыдущая << 1 .. 48 49 50 51 52 53 < 54 > 55 56 57 58 59 60 .. 236 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed