Последний уровень раздела предыдущего изложения   Текущий уровень изложения предыдущего раздела   Текущий уровень изложения следующего раздела   Следующий уровень изложения текущего раздела   Уровень: Глоссарии:


Условия равновесия

Рассмотрим вначале механическую систему, например, брошенный вверх камень. Тепловые процессы отсутствуют, т. е. S=0. (Роль свободной энергии играет механическая энергия.) Равновесие такой системы может наступить при минимуме потенциальной энергии, т. е. U=Umax. Направление самопроизвольного процесса связано с убыванием потенциальной энергии U<0, при этом возрастает кинетическая энергия.

Если система* изолирована, то самопроизвольные процессы приводят, как уже указывалось, к равновесию, при котором

S=Smax.

Помимо изолированной системы (ИС), которая не обменивается с окружающей средой ни энергией, ни веществом, существуют и другие системы.

Закрытая или замкнутая система (ЗС) не обменивается с окружающей средой веществом, но обменивается энергией.

Открытая система (ОС) обменивается с окружающей средой и веществом и энергией.

Рассмотрим условия равновесия ЗС при Т = const и Р = const. Это может быть, например, колба в термостате, в колбе идет химическая реакция. Условиями равновесия такой системы является минимум свободной энергии Гиббса

G=E+pV-TS, G=Gmin, (1)
а самопроизвольное течение процесса идет в направлении G<0.
(Подробнее о термодинамических потенциалах)

Как следует из (1)

G=(E+pV)-TS=H-TS, H=E+pV,
где Н-энтальпия системы.

Убывание свободной энергии

G = H - T S (2)
происходит из-за убывания энтальпии H и возрастания энтропии S.

Здесь возможны разные варианты:

Процесс реализуется только в том случае, когда падает свободная энергия. Порознь рассматривать изменения энтальпии и энтропии не следует, т. к. это не даст ответа на вопрос о направлении процесса. Давайте рассмотрим этот процесс на конкретных примерах.

Повторим, что в гигантской фабрике естественных процессов природы энтропия выполняет роль директора, который предписывает вид и течение всех сделок, а закон сохранения энергии занимает место бухгалтера, который приводит в равновесие дебет и кредит. Изменение энтропии при фазовом переходе определяет саму возможность фазовых переходов. Не было бы изменения энтропии - не было бы нашего мира.

Далее