Номер 7, страница 65 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

*7. Докажите, что процесс теплопроводности необратим.

*7. Докажите, что процесс теплопроводности необратим.

Решение

Необратимым процессом в термодинамике называют процесс, который может самопроизвольно протекать только в одном направлении. Чтобы вернуть систему в исходное состояние, необходимо совершить работу и произвести изменения в окружающей среде.

Процесс теплопроводности — это передача тепловой энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым. Согласно второму закону термодинамики в формулировке Клаузиуса, теплота не может самопроизвольно переходить от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой. Этот переход возможен только при совершении работы внешней силой (например, в холодильной установке).

Рассмотрим с точки зрения энтропии. Пусть два тела, находящиеся в теплоизолированной системе, имеют температуры $T_1$ и $T_2$, причем $T_1 > T_2$. При их контакте от горячего тела к холодному перейдет небольшое количество теплоты $dQ$. Изменение энтропии горячего тела составит $dS_1 = -dQ/T_1$ (энтропия уменьшается, так как тело отдает тепло), а изменение энтропии холодного тела — $dS_2 = dQ/T_2$. Суммарное изменение энтропии системы будет:

$dS_{total} = dS_1 + dS_2 = \frac{dQ}{T_2} - \frac{dQ}{T_1} = dQ \cdot (\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1})$

Поскольку по условию $T_1 > T_2$, то $\frac{1}{T_2} > \frac{1}{T_1}$, а значит, выражение в скобках положительно. Так как теплота передается ($dQ > 0$), то и общее изменение энтропии $dS_{total} > 0$.

Увеличение энтропии в изолированной системе является фундаментальным признаком необратимого процесса. Процесс мог бы быть обратимым только в том случае, если бы полное изменение энтропии равнялось нулю, что возможно лишь при $T_1 = T_2$, но в этом случае теплообмен отсутствует.

Ответ: Процесс теплопроводности необратим, так как он протекает самопроизвольно только в одном направлении (от горячего тела к холодному) и сопровождается увеличением полной энтропии замкнутой системы, что является фундаментальным признаком необратимости согласно второму закону термодинамики.