Энтропия жне оны асиеттері

Термодинамиканы екінші заыны барлы аралан тжырымдамалары процесті ммкіндіктерін талдау шін энергия млшеріні саталуыны жеткіліксіз екенін крсетеді. Энергия санды трде ана емес, сапалы трде де сипатталуы ажет. Энергияны сапасын анытайтын жне термодинамиканы екінші заындаы шектеулерді санды трде сипаттайтын шама S энтропия болып табылады.

Термодинамиканы екінші заыны жалпылама тжырымдамасы энтропия ымымен байланысты. Егер жйе ошауланан болса, яни оршаан ортамен жылу алмаспайтын болса ондай жйені энтропиясы:

, . (9.5)

Барлы наты процестерді барлыы айтымсыз боландытан ошауланан жйеде энтропия рдайым артады. Энтропияны артуы жйені ытималдылыы аз кйден ытималдылыы кп кйге, яни тепе-тедік кйге ауысуын крсетеді.

Біра флуктуациялар да болуы ммкін. Ошауланан жйедегі энтропияны арту заы статистикалы сипата ие.

(9.5) –да математикалы трде рнектелген термодинамиканы екінші заы оан дейін арастырылан тжырымдамалармен астасады.

Жылу машиналарыны жмысын талдаса, жйеге dQ жылу трінде берілген барлы энергияны dA жмыса айналдыру шін оны андай да бір блігі жеткілікті , жне нерлым аз болса, сорлым энтропия кп болады. Бл жадай энтропияны жмыс істеу абілетіні лшемі деп сипаттауа ммкіндік береді. Жйені энтропиясыны артуы табии процестерді ерекше белгісі болып табылады жне энергия сапасыны тмендеуіне алып келеді.

Кез келген айтымды цикл шін Клаузиус теоремасын (9.4) жазайы

. (9.6)

(9.6) интегралды нлге те болуы шамасы андай да бір S кй функциясыны толы дифференциалын береді. Сондытан

жне . (9.7)

(9.7) формуласын термодинамикадаы энтропияны анытамасы ретінде арастыруа болады.

(9.7) анытамадан туындайтын энтропияны кейбір асиеттері:

- жйені энтропиясы - аддитивті шама Мны мнісі: жйе энтропиясы оны жеке бліктеріні энтропияларыны осындысына те;

- жылу алмасусыз жретін айтымды процесте – адиабаталы процесте- энтропия траты болады;

- процесті энтропиясы андай да бір траты шамаа дейінгі длдікпен аныталуы ммкін.

айтымды процестегі энтропияны згерісі (9.1) жне (9.2) атынастары негізінде есептеледі

. ( 9.8)

Жылулы процестерді талдау шін координат осьтері ретінде T жне S кй функцияларыалынатын TS – диаграммасы олданылады.

Термодинамиканы бірінші жне екінші бастамасы. Термодинамиканы екінші бастамасыны статистикалы тсіндірілуі. Энтропия мен кй ытималдылыыны байланысы

андай да бір денені толы энергиясынан ттастай озалысыны кинетикалы энергиясы мен сырты кш рісіндегі потенциалды энергиясын шыарып тастаанда алан энергия оны ішкі энергиясы деп аталады.

Демек, ішкі энергия тсінігіне молекулаларды хаосты озалысыны кинетикалы энергиясы, молекулаларды зара серлесуіні потенциалды энергиясы жне ішкі молекулалы энергия кіреді екен. Ішкі энергия негізінен екі трлі процесті: денені А жмыс істеуі мен денеге берілген Q жылу млшеріні есебінен згере алады. Жмыс істеу жйеге сер етуші сырты денелерді орын ауыстыруымен оса жреді.

Денеге жылу беру сырты денелерді орын ауыстыруына туелді емес. Бл жадайдаы ішкі энергияны згерісі ыстыыра денені жеке молекулаларыны салыныра денені молекулаларына арсы істеген жмысыны серінен болады. Бір денеден екінші денеге энергияны берілуіне келетін микроскопиялы процестерді жиынтыы жылу берілуі деп аталады.

Жйе мен оршаан ортаны арасындаы энергия алмасуыны екі тсілі бар деп тжырымдалатын термодинамикадаы энергияны саталу заы физиканы негізгі задарыны бірі болып табылады:

Жйеге берілген жылу млшері жне жйеде атарылан жмыс жйені ішкі энергиясын згертуге жмсалады

, немесе , (9.9)

мндаы – жйеде атарылан жмыс;

– сырты кштерді атаран жмысы.

Ішкі энергия жйені кй функциясы болып табылады. Оны згерісі тек бастапы жне соы кйлеріне байланысты жне бір кйден екінші кйге ту тсіліне туелсіз.

Жылу мен жмыс кйлерге ана туелді болып алмайды, сондай-а процесті тріне байланысты болады; олар процесті функциялары болып табылады.

Термодинамиканы екінші заы табиаттаы тетін процестерді баытын анытайды. Екінші бастама бірінші бастама сияты бірнеше тсілдермен тжырымдалуы ммкін. Е айыныра трде тжырымдап айтанда екінші бастама: жалыз-а нтижесі жылуды салын денеден ысты денеге ауысуы болып келетін процестерді жзеге асыру ммкін емес.

Больцманны таайындауы бойынша, энтропияны арапайым статистикалы тсініктемесі бар. Егер бір емес, біратар кйді ытималдылыы бірдей жне е лкен болса, онда тйыталан жйе мндай кйлерді біреуінен басаларына кше алады. Сйтіп, тйыталан жйені энтропиясы мен ытималдылыыны асиеттері бірдей: олар не арта алады, не згеріссіз ала береді.

Келтірілген пайымдаулардан жйені энтропиясы мен ытималдылыыны арасында натылы байланыс болуа тиіс деген орытынды шыады. Больцман бл атысты трі мынандай екенін крсетті:

, (9.10)

мндаы к- Больцман тратысы, ал W- жйе кйіні термодинамикалы ытималдылыы, ол шаманы сол кйді жзеге асыруа болатын трліше тсілдерді саны деп тсінуге тиіспіз.