3. Ентропія. Змінаентропії у фізичних та хімічних процесах. Іі закон термодинаміки.
Поняття ентропії було вперше введено у 1865 році Рудольфом Клаузіусом. Він визначив зміну ентропії термодинамічної системи при оборотному процесі як відношення загальної кількості теплоти ΔQ, отриманої або втраченої системою, до величини абсолютної температури T:
Рудольф Клаузіус дав величині S назву «ентропія», утворивши її від грецького слова τρoπή, «зміна» (зміна, перетворення).
Рівність відноситься саме до зміни ентропії. У термодинаміці ентропія визначається лише з точністю до сталої.
Другий закон термодинаміки встановлює напрямок перебігу і характер процесів, що відбуваються в природі.
Згідно із Клаузіусом, який дав одне з перших формулювань другого закону термодинаміки: теплота ніколи не може переходити сама собою від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою.
Це означає, що для такого переходу теплоти потрібна затрата роботи зовнішнього джерела, що здійснюється в холодильній машині.
Фізичний зміст другого закону найбільш зрозуміло розкривається у формулюванні Планка: неможливо побудувати таку періодично діючу теплову машину, яка, отримавши ззовні деяку кількість теплоти при довільній температурі, цілком перетворювала би її в механічну роботу і при цьому поверталась би точно у вихідний стан.
Отже, в довільній тепловій машині перетворюється в роботу лише частина отриманої від нагрівника кількість теплоти, тобто . Теплота , не використовується в машині і розсіюється в навколишньому середовищі. Величина завжди досить велика, тому коефіцієнт корисної дії теплової машини завжди значно менший від одиниці.
Із формули К.К.Д. теплової машини, що працює за циклом Карно, випливає, що дорівнювала би нулеві лише в тому випадку, якби температуру робочого тіла можна було би довести до температури абсолютного нуля, яку повинен мати холодильник. К.К.Д. реальних теплових машин завжди менший від одиниці.
Вираз для К.К.Д. теплової машини, яка працює за циклом Карно, теж є одним і з формулювань другого закону термодинаміки: коефіцієнт корисної дії ідеальної теплової машини визначається лише температурами нагрівника і холодильника.
Кельвін сформулював другий закон термодинаміки в такому вигляді: неможливо побудувати теплову машину, яка перетворювала би в роботу теплоту найбільш холодного з тіл, що є в системі.
Такою машиною могла би бути машина, яка перетворювала б в роботу теплоту води в океані. Якби відніманням теплоти і перетворенням її в роботу вдалось би понизити температуру всієї океанської води лише на, то можна було би приводити в рух усі машини і верстати на земній кулі упродовж років. Така машина була би еквівалентна вічному двигуну, тому її називають вічним двигуном другого роду, на відміну від вічного двигуна першого роду, який повинен створювати роботу з нічого, без затрати енергії.
Вічний двигун першого роду протирічить закону збереження енергії; вічний двигун другого роду не протирічить закону збереження енергії, але він протирічить другому закону термодинаміки.
Другий закон термодинаміки вказує на необоротність процесу перетворення однієї форми передачі енергії - роботи - у другу форму передачі енергії - теплоту. Він стверджує, що процес переходу впорядкованого руху тіла як цілого в неупорядкований рух його частинок є необоротним. Упорядкований рух може переходити в неупорядкований без будь-яких додаткових процесів, як це відбувається, наприклад, при внутрішньому терті. Перехід же невпорядкованого руху частинок у впорядкований рух тіл можливий лише при умові, що він супроводжується будь-яким компенсуючим процесом.