Изменение внутренней энергии системы может происходить двумя путями. Первый – это изменение энергий возможных состояний системы. Другой путь — изменение вероятностей того, что система находится в каждом из этих энергетических состояний. Состояния с большей энергией становятся вероятнее, когда большее количество молекул получает высокие скорости. Статистически усредненная внутренняя энергия системы по определению представляет собой сумму энергий возможных состояний, взвешенных с их вероятностями. Математически эти два вклада в изменение внутренней энергии проявляются как два слагаемых при ее варьировании. Первое слагаемое фактически представляет собой работу, совершаемую системой, а второе связан с изменением энтропии. Энтропия определяется как логарифм числа возможных расстановок системы — например бака с некоторым количеством газа — заданной энергии. Количество расстановок, в свою очередь, пропорционально вероятности находиться в определенном энергетическом состоянии. Таким образом, энтропия представляет собой логарифм этой вероятности с точностью до константы, что известно как формула Больцмана. Для произвольной системы дефицит энтропии рассматривается по отношению к идеальному газу той же плотности и температуры, поскольку в нем молекулы максимально разупорядочены, поэтому такое состояние называется эталонным. В обратимом квазистатическом процессе, когда система в каждый момент времени находится в равновесии, изменение энтропии минимально. Умноженная на температуру, оно называется теплотой, переданной системе, что объясняет значение теплоты на молекулярном уровне. В необратимом процессе происходит добавочное увеличение энтропии, так как система в таком процессе по определению переходит в состояние с большей вероятностью — равновесие. Таким образом, энтропия показывает, насколько далека система от равновесия.

Энтропия увеличивается по мере того, как частицы системы занимают больший фазовый объем, поэтому она является мерой беспорядка.

нравится(0)не-а(0)