Коротко: суммарный прирост энтропии при необратимых процессах не может стать отрицательным; его можно лишь уменьшить (сделать ближе к нулю), но не устранить полностью, если имеются конечные диссипативные силы. Условия, при которых трансформация близка к обратимой, — медленность (квазистатичность), пренебрежимо малые градиенты и отсутствие возвратно-нераспознаваемых источников диссипации (трения, вязкости и т.п.), либо рекуперация выделяемой энергии.
Пояснения и формулы:
- Второй закон (для замкнутой системы + окружения): $\Delta S_{\mathrm{tot}}=\Delta S_{\mathrm{sys}}+\Delta S_{\mathrm{env}}\ge 0$.
- При трении механическая работа $W_{\mathrm{diss}}$ превращается в теплоту $Q=W_{\mathrm{diss}}$. Если эта теплота отводится в резервуар при температуре $T_{\mathrm{res}}$, вклад в энтропию равен $\Delta S=Q/T_{\mathrm{res}}=W_{\mathrm{diss}}/T_{\mathrm{res}}$. Чтобы минимизировать прирост энтропии, $T_{\mathrm{res}}$ должен быть как можно выше (чем выше температура при отдаче тепла, тем меньше прирост энтропии).
- В непрерывной формулировке скорость производства энтропии положительна: $\sigma ={\dot{S}}_{\mathrm{tot}}={\sum }_i{J}_i{X}_i\ge 0$, где $J_i$ — потоки, $X_i$ — термодинамические силы; уменьшение $\sigma$ требует уменьшения сил или потоков (т.е. малых градиентов и малых диссипативных коэффициентов).
Практически достижимо близкое к обратимому:
- процесс проводится квазистатически (бесконечно медленно), чтобы локальные несоответствия равновесию стремились к нулю;
- трение/вязкость сведены к минимуму (идеализация: отсутствие трения);
- теплообмен происходил при бесконечно малой разности температур (инфинитезимальный градиент) или энергия рекуперирована как полезная работа;
- если энергия всё-таки превратилась в тепло, отводить её в резервуар максимально близкой по температуре, чтобы минимизировать $\Delta S=Q/T$.
Итог: нельзя сделать суммарный прирост энтропии отрицательным; можно лишь приближать его к нулю, делая процесс квазистатичным, минимизируя диссипацию или рекуперируя выделяемую энергию.