ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ  ПРОЦЕССЫ В КОСМИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГ

САНКТ ПЕТЕРБУРГ 1999

1.4              Второй закон термодинамики. Энтропия.

Важным является тот факт, что запас энергии в системе не может служить критерием направленности процесса, так как в изолированных системах энергия остается постоянной. Более образно можно сказать:

ЗДЕСЬ ВАЖНО, ЧТО ТЕПЛОТА НЕ МОЖЕТ ПЕРЕДАВАТЬСЯ ОТ МЕНЕЕ НАГРЕТОГО ТЕЛА К БОЛЕЕ НАГРЕТОМУ ТЕЛУ САМОПРОИЗВОЛЬНЫМ ОБРАЗОМ.

Для такой теплопередачи требуется дополнительный энергокомпенсирующий процесс. Напротив, теплота самопроизвольно передается от более нагретого тела к менее нагретому. Этот процесс традиционно количественно можно выразить как теплообмен между двумя телами:

где: Q1- количество теплоты, полученное первым телом, T1-температура первого тела, Q2-количество теплоты, отданное вторым телом, T2-температура второго тела, dS-физическая величина характеризующая этот самопроизвольный НЕОБРАТИМЫЙ процесс (7).

Учитывая, что процесс носит естественный характер:

 Величина dS получила название полного дифференциала энтропии функции S, зависящей, как и внутренняя энергия лишь от состояния системы. Сама величина S получила название термодинамической энтропии. Как видно из (8) в самопроизвольных НЕОБРАТИМЫХ процессах теплообмена термодинамическая энтропия (или просто энтропия) увеличивается:

 Это и есть количественная формулировка второго закона термодинамики. Этот закон является фундаментальным экспериментальным фактом. Выражение (9) и есть тот критерий, который определяет направление НЕОБРАТИМОГО процесса теплообмена в изолированной (закрытой) системе.

Более традиционное определение второго закона термодинамики:

В ИЗОЛИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ ЭНТРОПИЯ ВОЗРАСТАЕТ ПРИ НЕОБРАТИМЫХ ПРОЦЕССАХ 

Еще одним аспектом второго закона термодинамики является не равноценность работы и теплоты как двух форм передачи энергии. Переход упорядоченного движения тела как целого в хаотическое движение частиц является необратимым процессом, происходящим без дополнительных энергокомпенсирующих процессов.

 ИНТЕРЛЮДИЯ

 Напомним, что по существу понятие теплоты включает в себя понятие случайного движения (движения со случайным вектором скорости) (10). А понятие работы включает в себя интуитивное понятие " порядка", "упорядоченности".

Интуитивное понятие случайного движения строго описывается в рамках теории вероятности и теории случайных процессов. Интуитивное понятие упорядоченного движения строго описывается в рамках аналитической механики (динамический порядок), теории дифференциальных уравнений. Интуитивное понимание порядка и структуры уточняется в теории динамических систем (динамический порядок, динамическая структура). В случае одновременного действия обоих движений интуитивное понятие порядка описывается в рамках теории случайных процессов (марковские процессы, стохастические дифференциальные уравнения), где понятия эволюции во времени вводятся достаточно строго.

 ОСНОВНАЯ ТЕМА

Таким образом, в термодинамических процессах упорядоченное движение может естественным образом переходить в неупорядоченное движение. Условно физики говорят о процессе перехода работы в теплоту.

Однако опыт показывает, что переход неупорядоченного движения частиц тела в упорядоченное движение невозможен без энергокомпенсирующего процесса (тепловая машина). Таким образом, направленность первого процесса определятся тем фактом, что данный процесс может происходить произвольно (например: движение тел с трением).

Здесь возникает важное понятие НЕОБРАТИМОСТИ термодинамического процесса. Суть необратимости состоит в том что при этом процессе, происходит самопроизвольный переход кинетической энергии частиц системы в тепловую энергию системы ( диссипация энергии).

На 'метафорическом языке' речь идет о необратимом превращении работы в теплоту. Учитывая важность и глубину второго закона термодинамики приведем две формулировки этого закона, которые имеют важное значение в промышленной экологии.

А) Невозможен процесс, единственным результатом которого является превращение всей теплоты, полученной от некоторого тела, в эквивалентную ей работу. (Фундаментальная причина тепловых загряз нений).

Б) Невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергии в форме теплоты от тела менее нагретого к телу более нагретому.

 ПРИМЕР

 Важными примерами проявления этого закона является процессы в техносфере и биосфере. Когда благодаря современным технологиям человечество получило практически неограниченные возможности по "добыванию" внутренней энергии U (атомные электростанции). При этом согласно второму закону термодинамики обязательно получение такой энергии U будет сопровождаться выделением значительного количества теплоты Q. Все это приведет к усилению парникового эффекта на Земле. Такого типа явления получили специальное название тепловое загрязнение. Ибо процесс существования экосистем предполагает определенный температурный режим, нарушение которого приведет к гибели экосистем.

ГЛАВА 1 
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7

ГЛАВА 2
2.1
2.2
2.3