Энтропия и необратимость
Энтропия — физическая величина, которая показывает направление самопроизвольных тепловых процессов. В изолированной системе энтропия не уменьшается: она сохраняется в обратимых процессах и возрастает в необратимых.
Теплота самопроизвольно переходит от более нагретого тела к менее нагретому, газ распространяется по всему доступному объёму, а два вещества после смешивания не разделяются сами собой. Такие процессы называют необратимыми: обратный ход возможен только благодаря внешнему воздействию.
Формула
При обратимом передавании теплоты изменение энтропии вычисляют через температуру процесса. Здесь \(T\) — абсолютная температура в кельвинах, а \(Q_{\text{обр}}\) — теплота, переданная обратимо.
Для перехода между состояниями изменение энтропии зависит только от начального и конечного состояний, а не от пути перехода. В первом законе термодинамики рассматривают баланс энергии, а энтропия дополнительно описывает направленность процесса.
Горячий чай отдаёт энергию окружающему воздуху и остывает. Процесс идёт самопроизвольно в одном направлении; чтобы снова нагреть чай, нужно затратить энергию извне. Это типичный необратимый тепловой процесс.
Рост энтропии не означает, что энтропия каждого тела всегда увеличивается. При охлаждении чай теряет энтропию, но окружающая среда получает больше энтропии, поэтому суммарная энтропия изолированной системы возрастает.
Как изменяется энтропия изолированной системы при необратимом процессе?
Подробный расчёт изменения энтропии для разных переходов рассматривается на странице изменение энтропии.
Главное
- Энтропия задаёт направление самопроизвольных тепловых процессов.
- В изолированной системе энтропия не уменьшается: \(\Delta S\ge 0\).
- Необратимость означает невозможность самопроизвольного возвращения системы в исходное состояние.