Энтропия.

Энтропия – это мера хаотичности параметров системы. Её следует рассматривать как один из термодинамических параметров системы.

Общее представление об энтропии можно получить на таком примере. Пусть на дно мешка положили слой черных, а поверх – слой белых шаров. Это – упорядоченная система. Мешок – замкнутая система, шары не выходят из мешка. Если на мешок воздействует внешняя сила (например, встряхивание при перевозке из одного города в другой), то шары перемешиваются случайным образом, упорядоченность нарушается. Энтропия при этом возрастает. Сколько бы мы ни трясли мешок, шары не рассортируются к начальному состоянию. Процесс необратимый. Можно открыть мешок и рассортировать шары руками. Мешок в этом случае становится подсистемой системы «мешок + окружающая среда» или системы «мешок + наши руки». При этом энтропия шаров уменьшается с одновременным увеличением полной энтропии.

Пример с перемешиванием шаров иллюстрирует закон возрастания энтропии.

Данный пример – термодинамический подходя» к понятию «энтропия». Есть еще подход «статистический». Он делает смысл энтропии более понятным (см. дальше, в разделе «Элементы статистической физики») и позволяет доказать закон возрастания энтропии.

Введение термодинамического подхода к энтропии впервые осуществлено Клаузиусом и сейчас имеет по большей мере исторический интерес. Рассматривая обратимые процессы, во многом интуитивно, Клаузиус ввел связь между изменением энтропии и количеством передаваемого системе тепла ,

.

Здесь не понятно, какая температура имеется в виду, ведь она может изменяться на протяжении процесса. Более строгое равенство Клаузиуса должно быть записано в виде

.

Дифференциальная форма равенства подразумевает, что оно относится к бесконечно малому изменению термодинамического состояния, происходящему при постоянной температуре.

Если же процесс необратимый, то равенство должно быть заменено неравенством

.

Последнее называют неравенством Клаузиуса.

Заметим, что в указанных формулах фигурирует приращение энтропии, а не само её значение. Поэтому мы должны утверждать, что энтропия определена с точностью до произвольной константы, например, начального значения. Здесь хороша аналогия см потенциальной энергией.

Другой подход к определению самой энтропии предлагает теорема Нернста: энтропия любой термодинамической системы равна нулю при температуре абсолютного нуля.

Не очень хорошая теорема, поскольку хаотическое движение частиц неустранимо и, значит, равенство нулю абсолютной температуры невозможно.