Entropie S je stavovou veličinou, která je pro vratný děj definována rovnicí:
(nejde o derivaci tepla podle teploty, nýbrž o dělení termodynamickou teplotou). |
|
| |
|
| Entropie je snadno dostupná z termických měření (z tepelných kapacit – viz níže). Mikroskopicky má entropie význam míry neuspořádanosti. Ve statistické termodynamice je entropie lineární funkcí logaritmu váhy dominantní konfigurace. Koncept entropie byl rozšířen až do teorie informace (negentropie)… |
|
| |
|
| Pokud se teplo vyměňuje nevratně, neplatí horní rovnice,
ale jen nerovnost: |
|
| |
|
Oba vztahy je možné spojit do jediného, kterému říkáme Clausiova nerovnost:
Relace „=“ platí pro rovnováhu a „>“ mimo rovnováhu.
|
|
|
|
|
|
| Pro uzavřený systém musí podle druhé věty platit, že celková entropie (systému + okolí) neklesá: |
|
|
|
|
|
| |
|
| Tato nerovnost je spojena s problémem: musíme znát vlastnosti okolí systému. Okolí systému však můžeme považovat za velkou tepelnou lázeň. Platí: |
|
|
|
| Kromě toho změny v systému způsobí jen velmi malé změny v mnohem větším okolí (tepelné lázni), vychýlí tedy okolí z rovnováhy jen velmi málo. To je ekvivalentní tvrzení, že změny v okolí proběhnou vratně. Změny v systému mohou však být samovolné, tedy nevratné. Pak můžeme vyjádřit |
|
|
|
| To znamená, že Clausiovu nerovnost můžeme přepsat pouze pomocí veličin, které přísluší systému: |
|
|
|
| Vynecháme-li popisku „SYSTÉM“, dostaneme nerovnost shodnou s Clausiovou nerovností. Nerovnost vypadá stejně, avšak s její pomocí můžeme posuzovat samovolnost a rovnováhu v uzavřeném systému, aniž bychom se zajímali o okolí; stačí vědět, že okolí je dostatečně velké. |
|
| |
|
| Teplota je mírou střední energie chaotických pohybů na úrovni molekul. Entropie je mírou neuspořádanosti – chaosu. Tyto dvě veličiny (teplo a teplota) souvisí Clausiovou nerovností. Pro případ reversibilního děje je teplota takovou funkcí, která dělením změní infinitezimální přírůstek tepla dq (nestavové funkce) na diferenciál stavové funkce entropie. Tuto vlastnost termodynamické teploty je možné považovat za její definici. Jinak řečeno, definice teploty a entropie jsou nerozlučně spojeny. Teplotu je též možné definovat jako derivaci vnitřní energie podle entropie za konstantního objemu (jak uvidíme později u spojení první a druhé věty). |
|
