|
|
|
|
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
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
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.
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.