Второй закон термодинамики

Формулировка второго закона термодинамики

Второй закон (второе начало) термодинамики имеет множество формулировок, приведем некоторые из них:

2 закон термодинамики по Р. Клаузиусу: 

Невозможен перевод тепла от более холодной системы к более горячей самопроизвольно.

2 закон термодинамики по  У. Кельвину: 

Невозможно осуществить такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы получение работы за счет теплоты, взятой от одного источника.

Если объяснять простыми словами Второй закон термодинамики, то его принцип сводится к определению процессов, протекающих самопроизвольно.

Самопроизвольное протекание процессов возможно только в том случае, когда происходит переход системы из менее вероятного состояния в более вероятное.

Самопроизвольные процессы. Энтропия процесса

Процессы называются самопроизвольными, если для их протекания не нужен посторонний источник энергии. Как правило, если в одном направлении процесс протекает самопроизвольно, то в обратном направлении он не будет являться самопроизвольным.

Факторы, влияющие на самопроизвольность протекания процесса

  • Процессы, сопровождающиеся уменьшением энергии в системе (экзотермические процессы);
  • Процессы, приводящие к хаотичности, неупорядоченности системы

При применении 2 закона термодинамики, важное значение имеет такая величина, как энтропия

Энтропией S называется величина пропорциональная логарифму вероятности состояния W, которая показывает количество возможностей для осуществления данного состояния:

S=R*lnW/NA, где

R= 8,31 Дж/мольК —  универсальная газовая постоянная;

NA = 6,02296*1023 моль-1

Энтропия выражается в Дж/(моль*К). Любому состоянию системы соответствует определенное ее значение.

Энтропия системы — это функция состояния, зависящая только от начального и конечного состояний и не зависящая от пути перехода. Так, для перехода из начального состояния 1 в состояние 2 ее изменение равно:

ΔS=S2 — S1

Все процессы, протекающие с увеличением энтропии  приводят к росту беспорядка системы.

Т.о. энтропию можно рассматривать как меру неупорядоченности системы, т.е. S – количественная мера беспорядка.

Например, чем тверже вещество, тем выше порядок в системе и тем меньше значение S.

Энтропию можно увеличить, например, повышая температуру, плавлением, сублимацией твердого вещества, переводя жидкость в пар. Также она растет при химических реакциях, идущих с увеличением объема (например, диссоциация), при процессах расширения, растворения кристаллического вещества.

Для одного агрегатного состояния вещества энтропия тем выше, чем больше атомов входит в молекулу вещества.

Как и тепловые эффекты, энтропию принято относить к определенным условиям, соответствующие стандартным:

Т = 298,15 К, Р = 101,3 кПа.

При этих условиях энтропию называют стандартнойS0298.