18. Второе начало термодинамики. Энтропия и II начало термодинамики

Внутренняя энергия – функция состояния макроскопической системы. Определяется через статистический вес. Статистический вес – число способов, которыми можно задать данное макроскопическое состояние при определенном значении внутренней энергии.

Микросостояния системы определяются через микропараметры – координаты, скорости, энергия отдельных молекул.

Статистический вес определяет число способов, которыми можно задать данное макросостояния.

Энтропия как функция подобна внутренней энергии. Энтропия обладает свойством аддитивности: энтропия системы равна сумме энт­ропий тел, входящих в систему. Свойством аддитивности обладают также внутренняя энергия, масса, объем (температура и давление таким свойством не обладают).

Более глубокий смысл энтропии вскрывается в статистической физике: энтропия связывается с термодинамической вероятностью состояния системы. Термодинамическая вероятность W состояния системы — это число способов, которыми может быть реализовано данное состояние макроскопической системы, или число микросостояний, осуществляющих данное макросостояние. Согласно Больцману (1872), энтропия системы и термодинамическая вероятность связаны между собой следующим образом: (57.8) где k — постоянная Больцмана. Таким образом, энтропия определяется логарифмом числа микросостояний, с помощью которых может быть реализовано данное макросостояние. Следовательно, энтропия может рассматриваться как мера вероятности состояния термодинамической системы. Формула Больцмана (57.8) позволяет дать энтропии следующее статистическое толкование: энтропия является мерой неупорядо­ченности системы.

Энтропия связана с теплотой . Если процесс обратимый, равновесный, то равенство (*) выполняется строго, если процесс необратимый, то . При обратном процессе: Т – температура полной системы, при необратимом процессе: Т – температура среды, окружающей нашу систему.

.

Второе начало термодинамики отвечает положению, что невозможно создать вечный двигатель второго рода, который бы превращал все подводимое тепло к системе в полезную работу: невозможно получить двигатель с КПД=100%.

Первое начало означает, что невозможно изготовить вечный двигатель, который производил бы полезной работы больше, чем сообщаемое тепло (КПД>100%)

19. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона

В результате трения некоторые материалы получают электрические заряды, которые воздействуют на другие тела.

Точечным называется заряд, сосредоточенный на теле, линейные раз­меры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряжен­ных тел, с которыми он взаимодействует. Понятие точечного заряда, как и материаль­ной точки, является физической абстракцией.

Закон Кулона: сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам Q1 и Q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними: , где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц.

Сила F направлена по прямой, соединяющей взаимодействующие заряды, т. е. является центральной, и соответствует притяжению (F<0) в случае разноименных зарядов и отталкиванию (F>0) в случае одноименных зарядов. Эта сила называется кулоновской силой. В векторной форме закон Кулона имеет вид (78.1), где F12 — сила, действующая на заряд Q1 со стороны заряда Q2, r12 — радиус-вектор, соединяющий заряд Q2 с зарядом Q1, (рис. 117). На заряд Q2 со стороны заряда Q1 действует сила . В СИ коэффициент пропорциональности равен . Тогда закон Кулона запишется в окончательном виде: (78.2).

Величина 0 называется электрической постоянной; она относится к числу фундамен­тальных физических постоянных и равна (78.3) где фарад (Ф) — единица электрической емкости (см. § 93). Тогда .

Взаимодействие между зарядами осуществляется за счет наличия электрического поля. , Е – напряженность электрического поля. .