Принцип возрастания энтропии. Уравнение энтропийного баланса. Необратимость и затрата работы

Принцип возрастания энтропии является обобщающим результатом второго начала термодинамики и вытекающих из него следствий. Второе начало термодинамики устанавливает невозможность передачи теплоты от тел с более низкой температурой телам с более высокой температурой без компенсации, или в другой формулировке − невозможность создания вечного двигателя 2-го рода. Исходя из этого, можно установить, что для любой системы, находящейся в равновесном состоянии или претерпевающей равновесные, т.е. обратимые изменения, существует однозначная функция состояния, называемая энтропией. Энтропия является координатой состояния и в этом смысле определяет количество теплоты при равновесных тепловых взаимодействиях. Для изолированной в тепловом отношении системы тел (адиабатная система) суммарное изменение энтропии S s_i всех тел и подсистем, участвующих в любых обратимых процессах, включая изменение энтропии окружающей среды S s ₀(если окружающая среда является частью рассматриваемой изолированной системы), равно нулю. Это можно записать следующим образом:

                             (6)

Эти уравнения выражают второе начало термодинамики для равновесных систем и обратимых процессов; верхний индекс ⁰ у знака дифференциала означает, что в общем случае Q и L не являются функциями состояния, a   и  − полными дифференциалами.

При любых необратимых процессах в замкнутой адиабатной системе (общая масса не изменяется) энтропия системы возрастает, т.е.

                                                (7)

Таким образом, общее выражение для суммарного изменения энтропии в замкнутой адиабатной системе тел при любых типах протекающих в системе процессов имеет вид:

                                 (8)

Принцип возрастания энтропии и уравнения энтропийного баланса дают важные практические результаты:

× позволяют получить общие выражения для определения минимально необходимой работы (или электроэнергии) при реализации ряда актуальных задач криогеники в условиях закрытых и открытых подсистем с помощью обратимых процессов. Определение минимально необходимой работы (энергии) для реализации какой-либо практической технической или технологической задачи имеет принципиальное значение. При этом возможны объективное сравнение реальных криогенных систем и оценка степени их термодинамического совершенства;

× принцип возрастания энтропии определяет направление какого-либо процесса или химической реакции в адиабатной макросистеме. Он отражает возможность или невозможность протекания процессов и определяет условия, необходимые для их осуществления.