5.5. Уравнения состояния. Энтропия. Второй закон термодинамики

Задать состояние термодинамической системы (в нашем случае континуума) это значит полностью охарактеризовать систему. Это описание в общем случае определяется несколькими термодинамическими и кинематическими величинами, которые называются параметрами состояния. Если параметры состояния изменяются со временем, то происходит термодинамический процесс. Параметры состояния, используемые для характеристики данной системы, обычно не все независимы: между ними существуют функциональные связи, которые выражаются так называемыми уравнениями состояния. Любой параметр состояния, который можно представить однозначной функцией других параметров состояния, называется функцией состояния.

Как было установлено в предыдущем параграфе, первый закон термодинамихи постулирует взаимный переход механической и тепловой энергии одной в другую. Соотношение, выражающее переход тепла и работы в кинетическую и внутреннюю энергии во время термодинамического процесса, заключено в уравнении энергии. Однако первый закон оставляет без ответа вопрос, является ли этот переход обратимым или необратимым. Все реальные процессы необратимы, но обратимые процессы представляют очень полезную идеализацию, так как во многих ситуациях диссипацию энергии можно считать пренебрежимо малой. Основной критерий необратимости содержится во втором законе термодинамики, который устанавливает некоторые ограничения на производство энтропии.

Второй закон термодинамики постулирует существование двух различных функций состояния — абсолютной температуры и энтропии свойства которых будут указаны ниже. Абсолютная температура положительная величина, которая является функцией только эмпирической температуры Считаем, что энтропия обладает свойством аддитивности, т. е. что полная энтропия системы равна сумме энтропий ее частей. В механике сплошной среды вводят удельную энтропию (на единицу массы), или плотность энтропии так что полная энтропия равна интегралу Энтропия системы может меняться либо из-за взаимодействия с окружающей средой, либо за счет изменений, которые происходят внутри самой системы; поэтому можно написать

где приращение удельной энтропии, приращение, вызванное взаимодействием с внешней средой, внутреннее изменение. Приращение никогда не бывает отрицательным. Оно равно нулю при обратимых процессах и положительно при необратимых. Таким образом,

Если при обратимом процессе обозначить приток тепла на единицу массы системы через то изменение выразится формулой