Рассмотрим идеальную тепловую машину, работающую по циклу Карно. Поскольку все реальные процессы необратимы, мы приходим к выводу: в замкнутых системах все процессы происходят в направлении роста энтропии. Когда наступает равновесие, процессы прекращаются и энтропия достигает наибольшего из возможных значений.
Итак, с точки зрения термодинамики следует, что условием равновесия в замкнутой системе есть максимум энтропии. Это дало основание Р. Клаузиус сформулировать второй принцип термодинамики так: энтропия любой изолированной системы стремится к максимуму.
Если закон возрастания энтропии (второй принцип) указывает на направление течения процессов, то закон сохранения энергии (первый принцип) указывает на то, как должен происходить тот или иной процесс.
Второй принцип утверждает, что во всех изолированных системах энтропия остается постоянной при обратимых процессах или увеличивается при необратимых. Поскольку полностью обратимые процессы является предельным идеализированным случаем, то фактически во всех замкнутых системах энтропия возрастает, в чем проявляется приближения системы к термодинамическому равновесию.
Следует отметить, что изменения в системе в направлении статистического равновесия присущие только изолированным системам. Если система незамкне-на, то в ней не может наступить статистическая равновесие. Например, жизнь на Земле постоянно развивается, и живые организмы не проявляют тенденции к переходу в состояние с максимальной энтропией. Однако это не означает, что процессы в организмах противоречат второму закону термодинамики или организмы являются «антиэнтропийных» системами. Второй принцип с его требованием о необходимости статистического равновесия применимы только к замкнутых систем, организмы же есть не-замкнутыми или открытыми, системами. Они постоянно взаимодействуют с окружающей средой, получая от него продукты питания, воздух, свет, теплоту. Относительно таких систем второй принцип не содержит в себе никаких утверждений. Если же организм полностью изолировать от окружающей среды и превратить его в замкнутую систему, то понятно, что без воздуха и обмена веществ он очень быстро перейдет в состояние термодинамического равновесия со средой. Итак, тенденция к дезорганизации и неупорядоченного движения превалирует в замкнутых системах, тогда как в незамкнутых системах, для которых характерен высокий уровень организации, возможно сколь угодно долго упорядоченное движение и развитие по восходящей линии. Такие системы принято характеризовать негэнтропии, которая по физической сущностью связана с энтропией и для открытых систем также возрастает со временем.
Загрузка...