9.3.1. Изменение энтропии изолированной системы при теплообмене

Рассмотрим процесс обратимого теплообмена между двумя телами, имеющими одинаковую постоянную температуру Т₁ (рис. 9.16). В обратимом теплообмене отсутствует разница температур между процессом передачи теплоты одним телом и процессом получения теплоты вторым телом. Первое тело (1т) отдает теплоту Q (процесс 12) и его энтропия уменьшается на величину ΔS₁ = Q/T₁. Второе тело (2т), согласно первому закону термодинамики, получает то же количество теплоты (процесс 21), но с обратным знаком -Q, и его энтропия увеличивается на величину ΔS₂ = - ΔS₁ = -Q/T₁, так как обратимый процесс получения теплоты идет по траектории 21, совпадающей с процессом отвода теплоты 12. Суммарное изменение энтропии этой системы равно нулю.

(9.23)

Выражение (9.23) справедливо для любого случая обратимого теплообмена. Так, при переменной температуре двух тел в случае обратимого теплообмена между ними (рис.9.17), получаем изменение энтропии этой системы тоже равное нулю

(9.24)

Таким образом, при обратимом теплообмене энтропия системы не изменяется.

Реальный процесс теплообмена между телами происходит при конечной разности температур и поэтому необратим.

Рассмотрим теплообмен между двумя телами, имеющими постоянные температуры Т₁ и Т₂ (рис.9.18). Первое тело отдает теплоту Q (процесс 12), а второе (процесс 34) получает теплоту - Q. Изменение энтропии системы в этом случае будет больше нуля, так как Т₁>T₂, а Q>0.

(9.25)

Аналогичная ситуация будет и при необратимом теплообмене между телами с переменной температурой (рис. 9.19), такой процесс возможен в поверхностном теплообменнике. Таким образом, при необратимом теплообмене энтропия системы возрастает.