Теплота и энтропия
Страница 2

Необходимость введения энтропии не ограничивается потребностью замены количества тепла на новую функцию состояния. Все термодинамические величины образуют пары, их называют парами сопряженных величин, например, давление и объем. Они входят в выражение для работы ΔА = pΔV. Какая величина сопряжена температуре? Поскольку выражение для количества тепла, переданного в обратимом процессе, имеет вид ΔQ = TΔS, то можно говорить, что сопряженной величиной для температуры является энтропия. Среди сопряженных величин одна зависит от объема (например, S в паре S и Т), другая нет (например, р в паре р и V).

Таким образом, с введением энтропии завершился этап формирования основных понятий термодинамики.

Физический смысл энтропии выясняется при рассмотрении микросостояний вещества. Л. Больцман был первым, кто установил связь энтропии с вероятностью состояния. В формулировке М. Планка утверждение, выражающее эту связь и называемое принципом Больцмана, представляется простой формулой

S = kBlnW. (7)

Сам Больцман никогда не писал этой формулы. Это сделал Планк. Ему же принадлежит введение постоянной Больцмана kB. Термин «принцип Больцмана» был введен А. Эйнштейном. Термодинамическая вероятность состояния W или статистический вес этого состояния – это число способов (число микросостояний), с помощью которых можно реализовать данное макросостояние. На квантовом языке статистический вес – это число различных квантовых микросостояний, реализующих данное макросостояние с данной энергией.

Подчеркнем, что термодинамическая вероятность W отличается от математической вероятности, которая всегда выражается некоторой дробью, меньшей или равной единице. Указанное различие несущественно, поскольку в большинстве практических расчетов вычисляется разность энтропии, то есть относительная вероятность W/W0. Установление связи между столь несхожими понятиями, как энтропия и вероятность, является важнейшим научным достижением. Энтропия и вероятность – величины разной природы. Энтропия – величина физическая, а термодинамическая вероятность – математическая. Численное значение физической величины зависит от выбранной системы единиц, математическая величина – это число, число способов. Согласованность левой и правой частей (7) обеспечивается постоянной Больцмана. Эта же постоянная обеспечивает совпадение термодинамической энтропии с энтропией, определяемой из принципа Больцмана.

Страницы: 1 2 


Механизмы действия эйкозаноидов, основные биологические эффекты
Эйкозаноиды - гормоны местного действия по ряду признаков: образуются в различных тканях и органах, а не только в эндокринных железах; действуют по аутокринному или паракринному механизмам; концентрация эйкозаноидов в крови меньше, чем необходимо, чтобы вызвать ответ в клетках-мишенях. Вариабельность картины действия различных прост ...

Расселение, экология и демография Homo sapiens.
К тому времени, когда окончательно сформировался человек современного типа, освоены были уже огромные географические пространства Земли. Они были заселены еще архантропами и палеоантропами, так что кроманьонцу осталось освоить лишь два пустующих материка – Америку и Австралию. Правда, в отношении Австралии вопрос остается открытым. Не и ...

Биосфера и космос. Человек и космос.
Биосфера и космос – это два различных мегауровня организации универсума, между которыми существует тесное единство. Став относительно самостоятельной силой, биосфера сама определяет геологический лик Земли, в частности она способствовала обогащению атмосферы кислородом. Биосфера реагирует также на космические воздействия. Ближайшими к ...