Энтропияның арту принципі және термодинамиканың екінші заңының физикалық мәні

Энтропияның арту принципі және термодинамиканың екінші заңының физикалық мәні

Қоршаған ортамен жылуалмасу болмайтын dq  0 , оқшауланған жүйедегі
энтропияның өзгерісін қарастырайық; оны адиабаттық жүйе деп атауға болады.
Айталық, термодинамикалық процестер жүретін оқшауланған адиабаттық жүйе бар. Егер осы оқшауланған жүйеде тек қана қайтымды процестер өтетін

болса, онда бұл үшін
dS  dQ / T ,
бірақ адиабатты жүйе үшін бұл теңдеу келесі

жүйе үшін
dS  0 және
S  const .

Егер оқшауланған адиабаттық жүйеде тек қайтымды процестер жүретін болса, онда бүкіл жүйенің энтропиясы тұрақты шама болып қалады.
Қайтымсыз процестер болатын адиабаттық жүйені қарастырайық, бұл

кезде
dSdQ / T
теңдеуі қолданылады,
dQ  0
болғандықтан оқшауланған

адиабаттық жүйе үшін
dS0
болады, яғни энтропияның артуы байқалады.

Сонымен, алынған теңдеулер оқшауланған жүйелердің
dQ  0
энтропиясы

оның қайтымды өзгерістерінде тұрақты болып қалатынын, ал қайтымсыз өзгерістерінде артатынын, бірақ ешқандай жағдайда да төмендемейтінін көрсетеді. Дегенмен, келесідей ескерту жасау қажет: оқшауланған жүйеде жеке денелердің энтропиясы тек артып немесе өзгеріссіз қалып қана қоймайды, сонымен қатар төмендей де алады, мысалы, дене жылу берген кезде.
Оқшауланған жүйеде өтетін қайтымды және қайтымсыз процестер үшін алынған нәтижелерді қорытындылап, теңдеуді келесі түрде жазуға болады
dS  0 (215)
Теңдік белгісі қайтымды процеске, ал «үлкен» белгісі – қайтымсыз процеске қатысты.
Барлық нақты процестер қайтымсыз болып табылады, сондықтан оқшауланған жүйенің энтропиясы барлық уақытта артады. Энтропияның артуы өз бетінше ерекше маңызды емес, дегенмен қайтымсыз процестер кезіндегі энтропияның артуы оқшауланған жүйенің жұмыс істеу қабілетінің төмендеуімен байланысты болады.
Карно циклі бойынша жұмыс істейтін идеал машинаны алайық, бұл кезде
T₁ температурада жұмысшы денеге Q₁ жылу беріледі және Т₂ температурада

жылуқабылдағышқа
Q₂ жылу әкетіледі. Оң жұмыс
L  Q₁  Q₂
тең. Циклдің п.ә.к.

_t  (Q₁  Q₂ ) / Q₁  L / Q₁ немесе
L  _t Q₁  Q₁ (1 T₂ / T₁ )

(216)

Температурасы Т₁ жылубергіш пен жұмысшы дене арасында температурасы Т₂<Т'₁<Т₁ аралық жылу көзін енгіземіз. Жылуды жылубергіштен алдымен қайтымсыз жолмен (температуралардың соңғы айырмасы кезінде) аралық көзге, ал одан Карноның қайтымды циклін жүзеге асыратын, температурасы Т'₁ жұмысшы денеге береміз.
Егер Q₁ жылу мөлшері машинаға төменгі температурамен Т'₁<Т₁ келетін
болса, онда оң жұмыс азаюы керек, өйткені арасында Карноның қайтымды

циклі өтетін температуралар айырмасы төмендейді. Онда
L'  Q₁'_t  Q₁ (1 T₂ / T '₁ )

болады. Жылудың жылубергіштен аралық жылу көзіне берілуінің қосымша қайтымсыз процесін енгізу салдарынан жұмысшы дененің жұмыс істеу қабілеттілігінің төмендеуі келесі теңдеумен анықталады

L₀  L  L'  Q₁ (1 T₂ / T₁ )  (1 T₂ / T '₁ )  Q₁ (T₂ / T '₁ T₂ / T₁ )
L₀  T₂ (Q₁ / T '₁  Q₁ / T₁ )  T₂S_{æ óéå}
немесе
(217)