Поэтому теплота определяется в физи­ке не как вид энергии, а как мера изменения энергии. В то же время введенная Клаузиусом энтропия оказалась величиной, сохраняющейся в обратимых процессах. Это означает, что эн­тропия системы может рассматриваться как функция состоя­ния системы, ибо изменение ее не зависит от вида процесса, а определяется только начальным и конечным состоянием сис­темы.

В идеальном цикле Карно энтропия сохраняется. Преобразование выражения для КПД с учетом понятия энтропии в случае обратимых процессов приводит к выраже­нию: S = 0, т. е. S = const — энтропия изолированной сис­темы в случае обратимых процессов постоянна. При необратимых процессах получаем закон возраста­ния энтропии: S  > 0 Тот факт, что энтропия изолированной системы не может убывать, а только возрастает и достигает максимального зна­чения в равновесном состоянии, является отражением того, что в природе возможны процессы, протекающие только в одном направлении — в направлении передачи тепла толь­ко от более горячих тел менее горячили Это выражает вто­рое начало термодинамики.

Принцип возрастании энтропии со­ставляет сущность 2-го начала термодинамики. 2-е начало термо­динамики в общем-то хорошо известно и понятно каждому человеку, ибо с ним каждый из нас сталкивается буквально на каждом шагу. Не удивительно потому, что II начало термоди­намики было установлено даже раньше 1-го начала термодина­мики. Правда, первоначальная формулировка его еще не со­держала понятия энтропии.

Существует точка зрения, что первая формулировка II закона термодинамики принадлежит Жану-Батисту Жозефу Фурье, префекту Изера, которому в 1811 году была присуждена премия Французской Академии наук за математическую теорию распространения тепла. Фурье сфор­мулировал закон теплопроводности, согласно которому количе­ство теплоты, которое переносится в единицу времени через единицу площади поверхности вдоль какого-либо направления, прямо пропорционально величине изменения температуры вдоль этого направления.

Причем, что характерно, количество теп­лоты переносится от тел с большой температурой в направле­нии к телам с меньшей температурой. Теплопроводность при­водит к все большему выравниванию температур до тех пор, пока распределение температуры во всех точках пространства рассматриваемой изолированной системы станет одинаково. Фурье оказался первым, кто количественно описал явление, со­ставляющее элемент обыденного знания человека и в то же время немыслимое с точки зрения классической ньютоновс­кой механики, все законы которой являются обратимыми.

Не­мыслимое по той причине, что явление теплопроводности опи­сывает необратимые процессы. Существуют различные формулировки II начала термо­динамики. Все они являются эквивалентными. Приведем не­которые из них: 1. Невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых был бы переход тепла от тела, менее на­гретого, к телу, более нагретому. 2.

В природе возможны процессы, протекающие только в одном направлении — в направлении передачи тепла только от более горячих тел менее горячим. 3. КПД любой тепловой машины всегда меньше 100%, т. е. невозможен вечный двигатель («перпетуум мобиле») 2 рода (так как невозможно построить тепловую машину, работаю­щую не за счет перепада теплоты, а за счет теплоты одного нагревателя). 4.

КПД любой реальной тепловой машины всегда меньше КПД идеальной тепловой машины. 5. Энтропия изолированной системы при протекании нео­братимых процессов возрастает, ибо система, предоставлен­ная самой себе, переходит из менее вероятного состояния в более вероятное. Энтропия системы, находящейся в равновес­ном состоянии, максимальна и постоянна. ( S >0 ).

Третье начало термодинамики является частным случа­ем второго начала для случая Т= 0 и может быть сформулиро­вано как принцип недостижимости абсолютного нуля. В соот­ветствии с третьим законом термодинамики максимальный по­рядок устанавливается при температуре абсолютного нуля. Повышение температуры, т. е. добавление ненаправленной энергии в открытой системе нарушает порядок.

В основе термодинамики лежит различие между двумя типами процессов — обратимыми и необратимыми. Само по­нятие энтропии введено в физическую теорию как раз для того, чтобы отличать в случае изолированных систем обратимые процессы (энтропия максимальна и постоянна) от необрати­мых процессов (энтропия возрастает). Благодаря работам ве­ликого австрийского физика Людовика Больцмана это отличие было сведено с макроскопического уровня на микроскопичес­кий и отметило собой качественное изменение представлений о теплоте и температуре.

Развитие представлений о теплоте и температуре Состояние макроскопического тела (системы), заданное с помощью макропараметров (параметров, которые могут быть измерены макроприборами — давление, температура, объем и другие макроскопические величины, характеризующие сис­тему в целом) называют макросостоянием. Состояние макро­скопического тела, охарактеризованное настолько подробно, что оказываются заданными состояния всех образующих тело мо­лекул, называется микросостоянием.

Всякое макросостояние может быть осуществлено различными способами, каждому из которых соответствует некоторое микросостояние системы. Число различных микросостояний, соответствующих данному макросостоянию, называется статистическим весом W , или тер­модинамической вероятностью макросостояния. Попробуем ра­зобраться в этом. Область термодинамики, учитывающая теп­ловое движение молекул, составляющих тела, называется ста­тистической термодинамикой.

Мы знаем, что весь окружающий мир состоит из молекул и атомов. Поместим в некоторый сосуд с теплоизолированны­ми стенками некоторое количество газа, число молекул кото­рого равно N. Выделим какую-либо одну молекулу. Предполо­жим, что каким-либо образом мы можем ее пометить, ска­жем, окрасить в зеленый цвет. Если бы мы могли это сделать, то получили бы возможность отличать ее от других молекул и тем самым отследить ее поведение в данном объеме.

Наблю­дая за этой молекулой, мы очень скоро убедимся, что она мо­жет занимать любое положение в сосуде. Причем положение ее в любое мгновение оказывается случайным. Теперь разде­лим наш объем на две половины. Мы увидим, что наша моле­кула, беспорядочно блуждая, постоянно сталкиваясь с други­ми молекулами, пробудет в одной из половинок сосуда ровно половину времени, в течение которого мы за ней наблюдаем.