Второе начало термодинамики

Энтропия изолированной системы может только возрастать, а затем, по достижении максимального значения, оставаться неизменной:

(9.19)

При протекании обратимого процесса энтропия возрастает: В состоянии равновесия изолированной системы энтропия максимальна, Если в системе протекает обратимый процесс, сопровождающийся сообщением системе количества теплоты (модель 1), энтропия растёт по закону:

(9.20)

где T - температура системы в процессе передача тепла.

Если в системе протекает необратимый процесс, сопровождающийся сообщением тепла , то энтропия растёт как за счёт необратимости процесса, так и за счёт сообщения системе тепла:

или

(9.21)

Большинство реальных процессов, происходящих в природе, являются необратимыми. Если молекулы находились сначала в одной половине сосуда, а затем равномерно распределились по некоторому объёму (необратимый процесс), то обратный процесс, когда они сосредоточатся снова в половине сосуда, мало вероятен. Пусть тело помещено в термостат (модель 2) и обменивается теплом с газом, находящимся внутри цилиндра. В результате произойдёт охлаждение тела до температуры равной температуре газа и процесс прекратится. Если температура тела была ниже, чем температура газа, то направление протекания процесса, сопровождающееся охлаждением, запрещается вторым началом термодинамики в формулировке Р. Клаузиуса(1850 г.):

Невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых был бы переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому.

Подчеркнём, что при этом не должно происходить изменение энергии внешней среды.

Если же возможен обмен теплом с внешней средой (модели 1 и 4), то процессы с уменьшением энтропии ( )вполне возможны. Поддержание жизни требует постоянной борьбы с ростом энтропии. Для этого используется энергия химических реакций, в которых энтропия возрастает.

Если система помещена в термостат, то единственным обратимым процессом, сопровождающимся теплообменом с другими телами системы, является изотермический процесс: T₂ = T₁. При отсутствии теплообмена между телами обратимым будет адиабатический процесс, при котором энтропия остаётся постоянной ( ).

Применяя первое начало термодинамики, запишем изменение энтропии изолированной системы: тело, нагретое до температуры в газе с температурой :

(9.22)

Между телом и газом происходит теплообмен, следовательно Пусть а Таким образом, процесс не запрещается вторым началом термодинамики, если выполняется условие: Отсюда следует или При установлении теплового равновесия и