Первые величины называют еще факторами интенсивности,а вторые — экстенсивности.Следовательно, энтропия — фактор экстенсивности при передаче энергии в форме теплоты.Интенсивные факторы не связаны с массой тела, которому передается энергия, экстенсивные факторы, напротив, зависят от нее: и энтропия S,и объем Vпри прочих равных условиях тем больше, чем больше масса газа. Соответственно они измеряются в единицах, отнесенных к единице массы.

Понятие об интенсивных и экстенсивных факторах имеет очень широкий смысл, далеко выходящий за пределы термодинамики. Интенсификация любого процесса (даже в народнохозяйственном плане) достигается не за счет увеличения экстенсивного фактора, а только посредством интенсивного фактора. В случае передачи энергии в форме теплоты таким фактором служит температура.

Может возникнуть естественный вопрос: если изменение энтропии, равное нулю, показывает отсутствие передачи энергии в форме теплоты, то как быть с тепловой машиной Карно? Ведь к ней теплота и подводится, и отводится, а энтропия постоянна?

Это противоречие кажущееся: внешниепотоки энтропии постоянны, но внутримашины циркулирующее рабочее тело постоянно и нагревается, и охлаждается. При его нагревании двигатель получает теплоту и энтропия рабочего тела растет; при охлаждении и отводе теплоты энтропия уменьшается. В идеальном процессе эти величины равны, и в целом энтропия непрерывно отдается теплоприемнику в том же количестве, что и поступает от источника теплоты. Поэтому круговой процесс — цикл может повторяться сколь угодно долго.

Закономерность, характерную для идеальных процессов, — существование величины S,которая в сумме не меняется во всех процессах, связанных с переносом энергии, — можно назвать принципом существования и постоянства энтропии.

Если бы свойства энтропии ограничивались только постоянством в идеальных обратимых процессах, то споров вокруг нее было бы значительно меньше. Однако энтропия имеет еще одно важное свойство, именно оно уже более 100 лет вызывает острые споры.

Начало им положил тот же Р. Клаузиус. Он развил идеи С. Карно на новом уровне, основанном на механической теории теплоты, и установил еще одно важное свойство энтропии. Опираясь на него, Клаузиус делает один далеко идущий вывод, из-за которого и возникла дискуссия, продолжавшаяся больше века.

О чем же идет речь?

С. Карно ввел и рассматривал идеальные обратимые процессы, в которых переход теплоты от тела с высокой температурой Т 1— теплоотдатчика — к телу с низкой температурой Т 2— теплоприемнику — сопровождается получением работы; напротив, переход теплоты от теплоотдатчика с низкой температурой Т 2к теплоприемнику с более высокой температурой Т 1происходит с затратой работы. Однако существуют и другие, необратимые процессы переноса теплоты, могущие сами по себе идти только в одну сторону. Именно на них и обратил внимание Клаузиус. Действительно, что будет, если источник теплоты — теплоотдатчик с более высокой температурой Т 1— привести в тепловой контакт (например, соединить металлическим стержнем) с теплоприемником, температура Т 2которого ниже, без тепловой машины? Тогда возникнет тепловой поток от тела с температурой T 1к телу с температурой Т 2; работы при этом, естественно, никакой не производится, и всю теплоту, отдаваемую теплоотдатчиком, получит теплоприемник.

Таким образом, процесс в этом случае будет односторонним, необратимым, поскольку в обратную сторону он идти не может. (Горячая печка может греть холодный чайник, но холодный чайник греть горячую печку не может.) Как будет вести себя здесь энтропия? Теплоотдатчик отдает энтропию S 1= Q 1/T 1; теплоприемник получает энтропию S 1= Q 1/T 2(теплота, получаемая теплоприемником Q 2= Q 1, так как она на работу не расходуется). Поскольку Т 2< T 1, то S 2> S 1. Энтропия возрастает!

Тот же эффект может получиться и при работе тепловой машины, но не идеальной, как у Карно, а реальной, действие которой сопровождается потерями.

Для реального двигателяэто означает, что при тех же температурах T 1и T 2(рис. 3.4) и количестве теплоты Q 1работа будет уже не L, а L' < L. Следовательно, по закону сохранения энергии теплоприемник получит уже большее количество теплоты Q' 2> Q 2, так как в работу ее перешло меньше: Q 2= Q 1— L, Q' 2= Q 1— L'; но L' < L, следовательно, Q' 2> Q 2. Отсюда следует, что полученная теплоприемником энтропия S' 2= Q' 2/T 2> S 2.

Опять энтропия возросла!

Для реального теплового насоса при тех же температурах Т 1и T 2и том же количестве теплоты Q 2затрата работы L' будет больше, чем в идеальном случае: L' > L. Поэтому количество теплоты Q' 1будет также больше, чем Q 1, так как Q' 1= Q 2+ L'. Следовательно, энтропия, получаемая теплоприемником при T 1, будет больше, чем при работе идеального теплового насоса:

S' 1= Q' 1/T 1> S 1– Q 1/T 1.