8.10. Применение второго начала термодинамики для определения изменения энтропии в процессах идеального газа

Второе начало не отрицает, а дополняет первое начало термодинамики, и поэтому должно содержать его в своем определении. Действительно, в определение энтропии входит величина dQ, определяемая первым началом:

.

Формула (8.49) позволяет определять изменение энтропии в различных процессах идеального газа.

Адиабатический процесс. При адиабатическом процессе dQ = 0. Поэтому изменение энтропии

.

Таким образом, в адиабатическом процессе энтропия системы не изменяется. Следовательно, адиабатические процессы – изоэнтропические.

Изотермический процесс. Используя первое начало термодинамики (8.17), формулы (8.24) и (8.11), находим приращение энтропии в изотер­мичес­ком процессе:

. (8.50)

Так как V₂ > V₁, то DS > 0, т.е. в изотермическом процессе энтропия возрастает.

Изохорический процесс. Исходя из первого начала термодинамики (8.17) и формул (8.19) и (8.20), находим приращение энтропии:

. (8.51)

Следовательно, при изохорическом нагревании (Т₂ > Т₁) энтропия идеаль­ного газа возрастает.

Изобарический процесс. Согласно первому началу термодинамики (8.17) и формуле (8.21) приращение энтропии

, (8.52)

т.е. в изобарическом процессе (Т₂ > Т₁) энтропия идеального газа увели­чива­ется.

В середине ХIХ века возникла проблема так называемой тепловой смерти Вселенной. Рассматривая Вселенную как замкнутую систему и применяя к ней второе начало термодинамики, Клаузиус свел его содержание к утверждению, что энтропия Вселенной должна достигнуть своего максимума.

Ошибочность вывода о тепловой смерти заключается в том, что бессмысленно применять второе начало термодинамики к незамкнутым системам, например к такой безграничной и бесконечно развивающейся системе, как Вселенная.

8.11. Третье начало термодинамики, или теорема Нернста – Планка

Первые два начала термодинамики дают недостаточно сведений о поведении термодинамических систем при нуле по шкале Кельвина. Они дополняются третьим началом термодинамики, или теоремой Нернста – Планка: энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к нулю по мере приближения температуры к нулю Кельвина:

.

Так как энтропия определяется с точностью до аддитивной постоянной, то эту постоянную удобно взять равной нулю. Из теоремы Нернста – Планка следует, что теплоемкости С_р и С_V при Т = 0 К равны нулю.