Номер 7, страница 324 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Вопросы. Параграф 58. Второй закон термодинамики. Необратимость процессов в природе. Глава 8. Тепловые машины. Второй закон термодинамики. Молекулярная физика и термодинамика - номер 7, страница 324.

Условие.

7. Что характеризует энтропия?

Решение.

Энтропия (обозначается как $S$) — это фундаментальная физическая величина, которая является одной из ключевых в термодинамике и статистической физике. Она имеет несколько взаимосвязанных интерпретаций и характеризует различные аспекты физической системы.

1. Мера беспорядка или хаоса. В наиболее общем и наглядном понимании энтропия характеризует степень неупорядоченности, случайности или хаоса в системе. Чем больше возможных способов расположения или движения частиц системы при сохранении ее макроскопических параметров (таких как температура и давление), тем выше ее энтропия. Например, энтропия газа значительно выше энтропии жидкости, а энтропия жидкости — выше энтропии твердого тела, так как частицы в газе обладают наибольшей свободой движения.

2. Число микросостояний. С точки зрения статистической физики, энтропия количественно характеризует число микроскопических состояний (микросостояний), которыми может быть реализовано данное макроскопическое состояние системы. Эта связь выражается знаменитой формулой Больцмана: $S = k_B \ln W$, где $W$ — это число микросостояний (также называемое термодинамической вероятностью), а $k_B$ — постоянная Больцмана. Макросостояние — это то, что мы наблюдаем (например, давление, объем, температура), а микросостояние — это точное описание положения и импульса каждой частицы. Система стремится к макросостоянию, которому соответствует наибольшее число микросостояний, то есть к состоянию с максимальной энтропией.

3. Направление самопроизвольных процессов. Энтропия является центральным понятием второго закона термодинамики, который гласит, что в изолированной системе энтропия не может убывать. Это означает, что все самопроизвольные процессы в природе (например, остывание горячего чая, диффузия газов) протекают в направлении увеличения общей энтропии системы и окружающей среды. Таким образом, энтропия характеризует направление течения времени на макроскопическом уровне, указывая на стремление систем к термодинамическому равновесию — состоянию с максимальным беспорядком и максимальной энтропией.

4. Мера недоступной для работы энергии. В классической термодинамике изменение энтропии ($dS$) определяется через количество теплоты ($dQ$), полученное системой в обратимом процессе, и абсолютную температуру ($T$): $dS = \frac{dQ_{обр}}{T}$. Это определение показывает, что энтропия характеризует ту часть внутренней энергии системы, которая не может быть преобразована в полезную механическую работу. При любой передаче тепла часть энергии необратимо "рассеивается", увеличивая общую энтропию и уменьшая долю энергии, доступной для совершения работы.

Ответ: Энтропия — это физическая величина, которая характеризует: 1) степень беспорядка или хаоса в системе; 2) число микроскопических способов, которыми может быть реализовано макроскопическое состояние системы; 3) направление самопроизвольных процессов в природе (они идут в сторону увеличения энтропии); 4) ту часть энергии, которая не может быть преобразована в полезную работу.