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


Производство и поток энтропии

Рассмотрим теперь поведение открытых систем*, которые обмениваются с окружающей средой и веществом и энергией. Изменение энтропии* такой системы складывается из внутренних изменений diS энтропии и ее притоком или оттоком в систему deS из-за теплообмена с окружающей средой и в результате обмена веществом. Следовательно, общее изменение энтропии открытой системы dS равно

dS=diS+deS (1)

Покажем, что знак производства энтропии diS 0. Для этого окружим систему адиабатической* оболочкой, тогда прекратится приток или отток вещества и энергии, т. е. deS=0. Согласно второму началу термодинамики dS 0, формула (1) для такой системы примет вид dS = diS 0, т. е. diS всегда больше или равна нулю.

Знак deS может быть как положителен, так и отрицателен в зависимости от конкретных условий, т. е. приток энтропии может быть больше или меньше ее оттока. Поэтому согласно формуле (1) изменение энтропии в открытой системе может быть как больше, так и меньше нуля.

Рассмотрим возможные ситуации:



deS > 0, diS 0 всегда, dS>0;
deS < 0, но |deS| < diS, dS > 0 ;
deS < 0, но |deS| > diS, dS < 0 ;
deS < 0, но |deS| = diS, dS = 0.


Следует обратить внимание на два последних случая: в открытой системе возможно состояние, когда энтропия не изменяется или даже уменьшается, т. е. показана принципиальная возможность самопроизвольного движения от хаоса к порядку. Этот вывод принципиально нов и открывает интересные перспективы в исследовании.

Пусть в системе нет производства энтропии, т. е. diS = 0, а имеется лишь поток теплоты, тогда

,
но этот поток может быть направлен как в систему, так и из системы, т. е. deS может быть как больше нуля, так и меньше нуля.

При одновременном производстве энтропии формула (1) примет вид

.

Второе начало термодинамики учит нас, что все естественные процессы сопровождаются возрастанием энтропии. Если рассматривать два процесса (производство энтропии и поток энтропии) в открытой системе при наличии связи между процессами, то возможен, как мы видели, противоестественный ход dS < 0. Простая иллюстрация этого принципа приведена на рисунке.

Рис.1.Два груза: а) - не связанные б) - связанные между собой


Два груза, не связанные между собой, стремятся упасть вниз (а); однако, если они соединены шкивом, то более легкий из них будет подниматься за счет тяжелого (б). Это своего рода механический аналог рассматриваемого явления о "противоестественном" течении процесса.

Далее