Стр. 52

Равномерное распределение молекул газа по всему объему будет более вероятным состоянием газа, чем вариант, когда смесь газа сама собой разделится на два отдельных компонента в одной и другой частях сосуда. Такое макросостояние (раздельные компоненты газа) реализуется меньшим числом способов, чем равномерное распределение, и представляется практически невероятным. Таким образом, смешение - процесс необратимый.

Введение Л. Больцманом (1872) понятия термодинамической вероятности W как числа микросостояний, посредством которых реализуется данное макросостояние, позволило интерпретировать энтропию (S) с точки зрения вероятностного состояния системы:

S = k lnW,

где k - постоянная Больцмана.

Таким образом, S - функция состояния системы, определяемая термодинамической вероятностью, в изолированной системе может изменяться только в сторону возрастания (если система неравновесна) или оставаться постоянной (если система находится в равновесном состоянии), т. е.

Если система находится в неравновесном состоянии, т. е. температура, давление, концентрация и т. д. в разных ее частях различны (W₁ S₁), то с течением времени наиболее вероятным станет такое ее состояние, когда эти параметры выравняются (W₂, S₂), причем W₂ > W₁ S₂ > S₁. Значит,

Отметим, что когда в системе наступает термодинамическое равновесие и энтропия достигает своего максимального значения S = S _max, то

Используя статистическое рассмотрение энтропии, часто вводят понятие «порядок» или «беспорядок», т. е. энтропия - мера беспорядка. Так, если взять кусок льда и поместить его в большой стеклянный куб (система замкнута) при комнатной температуре, то с течением времени будет наблюдаться изменение состояния льда (молекул воды во льде). В начальном состоянии молекулы воды, находясь в узлах кристаллической решетки льда, будут иметь состояние, определяемое термодинамической вероятностью W₁, а значит, и S₁). По мере нагревания лед постепенно переходит в жидкое состояние с W₂ > W₁ (S₂ > S₁), т. е. беспорядок молекул воды стал больше, чем у молекул льда. Дальнейший нагрев воды до комнатной температуры (опыт проводили в термостате) приводит к ее испарению, превращению в пар с W₃, S₃, которые имеют большее значение, чем для воды (W₂, S₂). Таким образом, с ростом энтропии в изолированной системе беспорядок увеличивается.

Date: 2015-09-24; view: 417; Нарушение авторских прав