Ничто, кроме силы трения, не мешает нам довести КПД простого механизма (рычага, блока, ворота и т. д.)
до 100%. Люди изобрели колесо, а затем подшипник, заменив тем самым трение скольжения трением качения и получили огромный выигрыш в КПД. Применив смазку, человек заменил сухое трение жидким и получил еще один скачок КПД. Конечно, 100% мы не достигнем никогда, но теоретический предел КПД механизмов именно 100%. Всю механическую энергию тела можно превратить во внутреннюю, во внутреннюю энергию самого тела и окружающих его тел. Электрическую энергию можно полностью превратить во внутреннюю энергию проводника. Вообще нет никакого запрета на превращение любого вида энергии во внутреннюю полностью. А вот для использования внутренней энергии предел определяется уже известными нам формулами (36), (36а) и (366), формулами, из которых следует, что для того, чтобы совершить работу за счет внутренней энергии, необходимо заплатить «налог» в виде тепла, отданного холодильнику. Слово «работа» мы здесь понимаем в самом широком смысле, совершить работу за счет внутренней энергии — значит превратить ее в любой другой вид энергии. Раз существует в природе такой «налог», то удобно ввести физическую величину, определяющую размер этого «налога». Это уравнение носит название основного уравнения термодинамики и применяется к описанию многих процессов. Обратим внимание на то, что при адиабатном процессе AU — -А и, следовательно, AS - 0; по этой причине адиабатный процесс называют изоэнтропийным.
Вы, видимо, заметили, что мы все время говорим об изменении энтропии. Здесь ситуация вполне аналогична подсчету энергии — изменение энергии подсчитать нетрудно, а ее абсолютное значение — только условившись о нулевом уровне. Поэтому изменение энтропии нас вполне устроит.
До сих пор мы рассматривали процессы не только равновесные, но еще и обратимые (§ 10). Строго говоря, таких процессов в природе не бывает хотя бы потому, что существует трение. Все реальные процессы необратимы. Можно строго доказать, что энтропия системы тел, участвующих в необратимом термодинамическом процессе, всегда увеличивается. Мы не будем приводить строгого доказательства, а ограничимся рассмотрением только двух примеров. Опустим в воду камень, температура которого больше температуры воды. Процесс безусловно необратим, поскольку камень остынет, вода нагреется, установится тепловое равновесие, из которого, в соответствии со вторым началом термодинамики, система самопроизвольно не выйдет. Для упрощения рассуждений, а точнее, для того, чтобы не подсчитывать энтропию при изменении температуры каждого тела, будем считать, что разность температур камня и воды величина бесконечно малая и тогда температура камня будет Т + (с/Т)і *, а температура воды Т - (dT)2, где Т — установившаяся после теплообмена температура. Количество теплоты Qі, отданное камнем, численно равно количеству теплоты Q>, полученному водой, но Qі по определению (§ 3) отрицательно, значит, и изменение энтропии камня Утверждение (43) называют теоремой о возрастании энтропии. Казалось бы, правильнее назвать эту теорему теоремой о неубывании энтропии, но реальный процесс не может быть обратимым, поэтому теорему можно сформулировать так: во всех реальных процессах энтропия системы возрастает.
Теперь мы можем сделать еще один вывод: возможны только такие процессы (в том числе, теоретически, и обратимые), энтропия которых не уменьшается. Это еще одна формулировка второго начала термодинамики. Действительно, если возможен процесс, в котором уменьшается энтропия, то возможен и самопроизвольный переход теплоты от менее нагретого тела к более нагретому, а это противоречит второму началу термодинамики.