Адиабатный процесс протекает при постоянной энтропии

Первое начало термодинамики, выражая закон сохранения и превращения энергии, не позволяет установить направление протекания термодинамических процессов. Кроме того, можно представить множество процессов, не противоречащих первому началу, в которых энергия сохраняется, а в природе они не осуществляются. Появление второго начала термодинамики связано с необходимостью получить ответ на вопрос, какие процессы в природе возможны, а какие нет.

Мы говорили о том, что энтропия изолированной термодинамической системы может только возрастать, либо, по достижении максимального значения оставаться постоянной. Это утверждение носит название второго начала термодинамики.

Иногда второе начало термодинамики формулируют следующим образом: невозможен перпетуум мобиле (вечный двигатель) второго рода, т.е. такой периодический двигатель, который получал бы теплоту от одного резервуара и превращал её полностью в работу.

У. Томпсону принадлежит такая формулировка второго начала термодинамики:

Невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых явилось бы отнятие от какого-то тела некоторого количества теплоты и превращение этого количества теплоты полностью в работу.

На первый взгляд может показаться, что формулировке Томсона противоречит процесс изотермического расширения идеального газа. Действительно, в ходе этого процесса всё полученное от нагревателя количество теплоты превращается полностью в работу. Однако получение теплоты и превращение её в работу не является единственным конечным результатом, кроме того, происходит изменение объёма газа.

Т.е. для изолированной системы:

,

(34)

следовательно, d ¢Q = 0, а dS = 0, т.е. S = const.

В ходе обратимого процесса, протекающего в изолированной системе, энтропия остается постоянной.

Протекание в изолированной системе необратимого процесса приводит к росту энтропии: dS > 0, тогда в ходе необратимого процесса:

.

(35)

Под температурой Т здесь понимается температура теплового резервуара, от которого данная система получает количество теплоты d¢Q.

Объединим формулы (35) и (34) в одно неравенство, оно носит название неравенство Клаузиуса:

.

(36)

Клаузиус сформулировал второе начало термодинамики таким образом: