Энтропия

Энтропия S – в термодинамике мера энергии в термодинамической системе, которая не может быть использована для выполнения работы. Она также является мерой беспорядка, присутствующего в системе.
Понятие энтропии было впервые введено в 1865 году Рудольфом Клаузиусом. Он определил изменение энтропии термодинамической системы при обратимом процессе как отношение общего количества теплоты ?Q, полученного или потерянной системой, к величине абсолютной температуры T:



Рудольф Клаузиус дал величине S имя «энтропия», образовав его от греческого слова ??o??, «изменение» (изменение, превращение).
Равенство относится именно к изменению энтропии. В термодинамике энтропия определяется лишь с точностью до постоянной.
Связь между теплоемкостью и энтропией дается формулой



В 1877 году, Людвиг Больцман понял связь между энтропией системы и количеством возможных «микросостояния» (микроскопических состояний), которыми может реализоваться макроскопический состояние с заданными свойствами. Рассмотрим, например, идеальный газ в сосуде. Микросостояния определен как положения и импульсы каждого атома, из которых состоит система. Принимать во внимание только те микросостояния, для которых: (i) расположение всех частиц не выходит за пределы сосуда, (ii) общая энергия газа определяется как сумма кинетических энергий атомов, равна определенной величине. Больцман постулировал что



где константа k B = 1,38 · 10 -23 Дж / К известная теперь как постоянная Больцмана, а ? является числом микроскопических состояний, возможных в заданном макроскопическом состоянии. Этот постулат, известный как принцип Больцмана, может расцениваться, как начало статистической механики, описывающей термодинамические системы используя статистическую поведение компонентов, из которых они состоят. Принцип Больцмана связывает микроскопические свойства системы (?) с одним из ее термодинамических свойств (S).
Согласно определению Больцмана, энтропия является функцией состояния. Более того, поскольку (?) может быть только натуральным числом (1,2,3), энтропия должна быть положительной – исходя из свойств логарифма.
В случае дискретных состояний квантовой механики подсчет количества состояний не вызывает проблем и производится обычным образом. Сложнее подсчитать количество состояний в рамках классической механики, в рамках которой микроскопический состояние системы описывается координатами q i и импульсами p i отдельных частиц, пробегающие непрерывные значения. Для подсчета состояний в классических системах фазовое пространство разбивают на небольшие ячейки с объемом, который соответствует сводной установившейся Планка. В таком случае

,

где s – число независимых координат, – Сводная постоянная Планка, а интегрирование проводится по области фазового пространства, которое соответствует определенному макроскопическом состояния.
Энтропия является экстенсивной величиной (зависит от массы и объема системы), поэтому суммарная энтропия двух систем

S = S 1 + S 2

Энтропия является функцией состояния системы, ее изменение не зависит от способа перехода из конечного состояния в исходное: ? S = S f – S i. В самочинных поцесив, протекающих в изолированной системе, энтропия возрастает (?S> 0), а в оборотных равновесных – она неизменна (?S = 0).
Изоентропийнисть – неизменность энтропии; изоентропийни п р о ц е с и – изменение состояния физической системы, когда не изменяется ее энтропия.
Экспериментальные исследования австралийцев в области статистической физики (Australian National University) привели к установлению флуктуационной теоремы, которая формулируется следующим образом – в течение определенного периода времени энтропия в системе может уменьшаться [1]. Это вызвало широкий резонанс в прессе в 2002 г. В результате в 2003 г состоялась конференция посвященная энтропии, которая константували, что уменьшение энтропии в системах размером нанометр, то есть несколько молекул, не позволяет создать вечный двигатель, а лишь дополняет 2 Закон термодинамики для микросистем.