ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Энтропия из "Физическая химия" Одностороннее протекание процессов в природе и второй закон термодинамики являются следствиями молекулярной природы вещества. Это можно наглядно показать на простом примере. [c.39] Рассмотрим сосуд, разделенный на две половины перегородкой. Откачаем воздух из обеих частей сосуда, после чего в одну из них введем кислород. Если перегородку удалить, то молекулы кислорода, двигающиеся во всех направлениях, равномерно распределятся по всему объему. На основании одних законов механики нельзя считать невозможным, что при подобном беспорядочном тепловом движении в какой-то момент все молекулы кислорода вновь соберутся в одной половине сосуда, а в другой установится вакуум. Однако ясно, что вероятность этого тем меньше, чем большее число молекул находится в сосуде. [c.39] Если учесть, что дал е в одном кубическом миллиметре газа при нормальных условиях число молекул составляет то мол но понять, что вероятность такого явления исчезающе мала. Наоборот, вероятность расширения газа в пустоту очень велика, чем объясняется односторонний характер процесса. [c.39] Все механические процессы, в которых отсутствует трение и оптические явления, полностью обратимы, например, периодическое двил ение планет вокруг Солнца. При отсутствии трения свободно падающее тело мол ет быть поднято на исходную высоту, если использовать освобождающуюся при его падении потенциальную энергию. В этих идеальных случаях после завершения прямого и обратного процессов или цикла ни в самой системе, ни в окружающей среде или точнее во всей Вселенной не остается никаких изменений. [c.39] В мешок с белым песком добавляется красный. После встряхивания, имитирующего тепловое движение молекул, через короткое время песчинки обоих цветов равномерно перемешиваются. Очевидно, что разделение образовавшейся смеси путем дальнейшего встряхивания практически невозможно. Из этого следует, что односторонняя направленность процессов может наблюдаться и в чисто механических системах, если число частиц в них достаточно велико. Состояние, при котором песчинки перемешаны, более вероятно, так как оно может быть осуществлено большим числом способов, чем состояние, когда песчинки обоих цветов разделены. Используем представления теории вероятностей для рассмотрения процесса смешения двух газов. [c.40] Из приведенного примера видно, что каждое состояние может быть охарактеризовано определенной вероятностью, причем равновесию отвечает наибольшая и, следовательно, вероятность данного состояния является тем критерием, который определяет направление процесса и позволяет найти равновесие. [c.40] Это свойство мультипликативности делает функцию ш неудобной для непосредственных расчетов. В отличие от ранее рассмотренных функций состояния U н Н функция W неаддитивна, т. е. увеличение количества вещества вдвое не приводит к такому же увеличению функции w. Кроме того, W связана не с термическими характеристиками системы, а с механическими, такими, например, как положение молекул в пространстве и их скорости. [c.41] Между тем в пределах термодинамики важно найти критерий равновесия, определяемый из измерений термических величин. Поэтому целесообразно найти такую функцию вероятности, которая была бы связана с тепловыми характеристиками и, таким образом, могла быть использована в термодинамике. К такой функции предъявляются два требования она должна обладать свойством аддитивности и принимать экстремальные значения при равновесии. [c.41] В этом уравнении k может быть любой постоянной. Из уравнения (II.1) также следует, что при возрастании вероятности состояния увеличивается и функция S, значение которой, как и значение ш, при равновесии должно быть максимальным. [c.41] Пусть в системе происходит обратимое изотермическое расширение идеального газа и любой обратимый изотермический процесс со вторым телом. Изменение энтропии газа обозначим А5г, а тела Д5т. Согласно уравнению (11.10), Д5р=—А5т. [c.43] Согласно уравнению (11.7) ASr=Qr/T, поэтому А5т = =—Qr/T, где Qr — тепло, полученное газом при его расширении. [c.43] Таким образом, достигается обобщение уравнения (11.7) и распространение его на любое тело. [c.43] Если с телом происходит необратимый процесс, а с газом обратимый, энтропия системы в целом будет возрастать, т. е. [c.43] Все вышеизложенное представляет собой содержание второго закона термодинамики в математическом виде, т. е, существует функция состояния — энтропия, приращение ко-, герой при обратимых процессах равно приведенному теплу энтропия замкнутой системы стремится к максимуму и не может самопроизвольно уменьшаться. [c.44] Таким образом, эта вновь введенная функция позволяет при помощи измерений термических величин выяснить направление процессов и условия равновесия. [c.44] С принципом возрастания энтропии в замкнутых системах связаны представления о тепловой смерти мира, впервые выдвинутые Клаузиусом, сформулировавшим основные положения термодинамики в виде двух утверждений энергия мира постоянна, энтропия мира стремится к максимуму. Отсюда делается вывод о достижении в результате односторонних процессов, протекающих в природе, конечного состояния равновесия, в котором энтропия мира максимальна и невозможны какие-либо дальнейшие изменения. На ошибочность таких представлений указывали классики марксизма. [c.44] Вернуться к основной статье