Энтрапія

Энтрапія Матэрыя

У папярэднім абмеркаванні мы разгледзелі некалькі канкрэтных сцвярджэнняў другога закона тэрмадынамікі. Варта адзначыць, што гэтыя канкрэтныя сцвярджэнні могуць растлумачыць толькі некаторыя незваротныя працэсы. Сцвярджэнне Клаўзіуса тлумачыць толькі цеплаперадачу і яе сувязь з прынцыпам працы халадзільніка. Сцвярджэнні Кельвіна і Планка адносяцца да прынцыпу працы халадзільніка. цеплавы рухавікПа сутнасці, гэтыя два сцвярджэнні тычацца цеплаперадачы. Існуе шмат іншых незваротных працэсаў, якія нельга растлумачыць з дапамогай гэтых двух сцвярджэнняў.

Канкрэтнае сцвярджэнне другога закона тэрмадынамікі не можа растлумачыць усе незваротныя працэсы, таму нам патрэбна больш агульнае сцвярджэнне. Чакаецца, што гэтае агульнае сцвярджэнне растлумачыць усе незваротныя працэсы, якія адбываюцца ў Сусвеце. Агульнае сцвярджэнне другога закона тэрмадынамікі было сфармулявана толькі ў сярэдзіне дзевятнаццатага стагоддзя праз велічыню, якая называецца энтрапіяй (S). Энтрапію можна разглядаць як меру бязладдзя. Колькасць энтрапіі была ўпершыню ўведзена Клаўзіусам і атрымана з цыклу Карно (ідэальная цеплавая машына). Паводле Клаўзіуса, велічыня змены энтрапіі, якую адчувае сістэма, калі яна атрымлівае дадатковае цяпло (Q) пры пастаяннай тэмпературы, выражаецца ўраўненнем:

Энтрапія — гэта велічыня, якая апісвае мікраскапічны стан сістэмы і таму не можа быць непасрэдна вымерана. Мы разглядаем толькі змяненне энтрапіі. Падобна змене энергіі ў сістэме. першы закон тэрмадынамікі.

Прыклад пытання 1:

Колькасць газу ў ёмістасці падвяргаецца адыябатычнаму пашырэнню. Якое пры гэтым змяненне энтрапіі газу?

Абмеркаванне

Падчас адыябатычнага працэсу нічога не адбываецца спёка які ўваходзіць у сістэму або выходзіць з яе (газ). Паколькі Q = 0, то ΔS = 0. Энтрапія сістэмы не змяняецца, гэта значыць пастаянная. А як наконт адыябатычнага сціскання? Гэта ў асноўным тое ж самае. Падчас адыябатычнага сціскання цяпло не паступае і не выходзіць з сістэмы (Q = 0). Такім чынам, энтрапія сістэмы пастаянная.

Прыклад пытання 2:

Рухавік Карно атрымлівае 2000 Дж цяпла пры тэмпературы 500 К, выконвае працу і адводзіць пэўную колькасць цяпла пры тэмпературы 350 К. Вызначце колькасць адведзенай цяпла і поўнае змяненне энтрапіі ў рухавіку за адзін цыкл.

Абмеркаванне

Калі сістэма атрымлівае цяпло, Q дадатны, калі сістэма вылучае цяпло, Q адмоўны. Сістэма ў гэтым выпадку з'яўляецца рухавіком Карно.

На працягу аднаго цыклу рухавік Карно перажывае два зварачальныя ізатэрмічныя працэсы (ізатэрмічнае пашырэнне + ізатэрмічнае сцісканне) і два зварачальныя адыябатычныя працэсы (адыябатычнае пашырэнне і адыябатычнае сцісканне). Падчас адыябатычнага пашырэння і сціскання цяпло не паступае і не выходзіць з сістэмы (Q = 0). Паколькі Q = 0, змена энтрапіі падчас адыябатычнага працэсу = 0.

Падчас ізатэрмічнага пашырэння рухавік паглынае 2000 Дж цяпла (Q) пры тэмпературы (T) 500 K. Паколькі рухавік паглынае цяпло, Q дадатны. Змена энтрапіі рухавіка падчас ізатэрмічнага пашырэння складае:

Падчас ізатэрмічнага сціскання рухавік адводзіць 1400 Дж цяпла (Q) пры тэмпературы (T) 350 K. Паколькі рухавік адводзіць цяпло, Q мае адмоўны знак. Змена энтрапіі рухавіка падчас ізатэрмічнага сціскання складае:

Агульная змена энтрапіі = 4 Дж/К - 4 Дж/К = 0

Прыклад пытання 3:

Цеплавая машына атрымлівае 600 джоўляў цяпла (Q) пры тэмпературы 300 ^oC, выконваючы працу і вылучаючы пэўную колькасць цяпла пры тэмпературы 100 ^oC. Вызначце колькасць цеплыні, якая адводзіцца, і агульную змену энтрапіі ў рухавіку за адзін цыкл…

Абмеркаванне

T_H = 300 К

Q_H = 600 Дж

T_L = 100 К

Q_L =?

На працягу аднаго цыклу рухавік Карно перажывае два зварачальныя ізатэрмічныя працэсы (ізатэрмічнае пашырэнне + ізатэрмічнае сцісканне) і два зварачальныя адыябатычныя працэсы (адыябатычнае пашырэнне і адыябатычнае сцісканне). Падчас адыябатычнага пашырэння і сціскання цяпло не паступае і не выходзіць з сістэмы (Q = 0). Паколькі Q = 0, змена энтрапіі падчас адыябатычнага працэсу = 0.

Падчас ізатэрмічнага пашырэння рухавік паглынае 600 Дж цяпла (Q) пры тэмпературы (T) 300 K. Паколькі рухавік паглынае цяпло, Q дадатны. Змена энтрапіі рухавіка падчас ізатэрмічнага пашырэння складае:

Падчас ізатэрмічнага сціскання рухавік адводзіць 200 Дж цяпла (Q) пры тэмпературы (T) 100 K. Паколькі рухавік адводзіць цяпло, Q мае адмоўны знак. Змена энтрапіі рухавіка падчас ізатэрмічнага сціскання складае:

Агульная змена энтрапіі = 2 Дж/К - 2 Дж/К = 0

З прыкладу пытання нумар 2 і прыкладу пытання нумар 3 відаць, што агульнае змяненне энтрапіі для зварачальнага працэсу = 0. Іншымі словамі, у зварачальным працэсе агульная энтрапія заўсёды пастаянная.

Прыклад пытання 4:

Кубік лёду масай 2 кг мае тэмпературу 0 ^oC. Кубікі лёду змяшчаюць у кантэйнер і сушаць на сонцы. Паколькі яны атрымліваюць дадатковае цяпло ад паветра і сонца, лёд растае. Вызначце змяненне энтрапіі лёду. (Цеплата плаўлення вады = 3,34 x 10⁵ Дж/кг)

Абмеркаванне

Маса лёду = 2 кг

Тэмпература лёду = 0 ^oC + 273 = 273 К

Цеплыня плаўлення вады = 3,34 х 10⁶ Дж/кг

Цепла, неабходнае для расплаўлення 2 кг лёду ў ваду:

Q = мл

Q = (2 кг)(3,34 × 10⁵ Дж/кг)

Q = 6,68 х 10⁵ J

Q = 668 х 10³ J

Падчас працэсу раставання (ператварэння лёду ў ваду) тэмпература пастаянная. Паколькі тэмпература пастаянная, разлічваецца змяненне энтрапіі лёду.

Прыклад пытання 5:

Шклянка вады тэмпературай 26 ^oC, змяшаны са шклянкай вады пры тэмпературы 22 ^oC. Калі маса вады ў шклянцы = 2 кг, вызначце змяненне энтрапіі вады. Дапусцім, што гарачая і халодная вада змешваюцца ў закрытай, добра ізаляванай ёмістасці. Цеплаперадача — гэта незваротны працэс.

Абмеркаванне

Удзельная цеплаёмістасць вады (c) = 4180 Дж/кг C^o

Маса вады = 2 кг (такая ж маса вады).

Паколькі маса вады аднолькавая, канчатковая тэмпература сумесі = 24 ^oС (26 ^oС+22 ^oC / 2 = 48 ^oC / 2 = 24 ^oС).

Колькасць цяпла, якая вылучаецца гарачай вадой пры паніжэнні яе тэмпературы з 26 ^oЗ - 24 ^oC:

Q = mc ΔT = (2 кг)(4180 Дж/кг C^o)(26 ^oЗ - 24 ^oC) = (2 кг)(4180 Дж/кг C^o)(2 ^oC) = 16720 Дж

Колькасць цяпла, якая паглынаецца халоднай вадой пры павышэнні яе тэмпературы з 22°C да 24°C:

Q = mc ΔT = (2 кг)(4180 Дж/кг C^o)(24 ^oЗ - 22 ^oC) = (2 кг)(4180 Дж/кг C^o)(2 ^oC) = 16720 Дж

Агульная змена энтрапіі = Змена энтрапіі гарачай вады + змена энтрапіі халоднай вады

Сярэдняя тэмпература гарачай вады = (26 ^oС+24 ^oВ) / 2 = 50 ^oC / 2 = 25 ^oC ‐‐‐‐ 25 + 273 = 298 К

Сярэдняя тэмпература халоднай вады = (22 ^oС+24 ^oВ) / 2 = 46 ^oC / 2 = 23 ^oC ‐‐‐‐ 23 + 273 = 296 К

Гарачая вада вылучае цяпло, таму Q адмоўны. І наадварот, халодная вада паглынае цяпло, таму Q дадатны. Памятайце пра знак Q (першы закон тэрмадынамікі).

ΔS Агульная сума = ΔS гарачай вады + ΔS халоднай вады

Δ S Усяго = - 56 107 Дж/К + 56 486 Дж/К

ΔS Агульная сума = 0,379 Дж/К

Агульная энтрапія павялічваецца на 0,379 Дж/К

Нягледзячы на ​​тое, што энтрапія некаторых частак сістэмы памяншаецца (-56,107 Дж/К), энтрапія некаторых частак сістэмы павялічваецца на большую велічыню (+ 56,486 Дж/К), так што агульная энтрапія заўсёды павялічваецца (+ 0,379 Дж/К).

Павелічэнне агульнай энтрапіі ў незваротным працэсе тычыцца не толькі цеплаперадачы паміж сумессю гарачай і халоднай вады, якую мы прааналізавалі вышэй, але і ўсіх выпадкаў, якія вывучаліся навукоўцамі. Агульная энтрапія заўсёды застаецца пастаяннай, калі працэс зварачальны. Калі працэс незваротны, агульная энтрапія заўсёды павялічваецца.

Па сутнасці, усе прыродныя працэсы ў нашым паўсядзённым жыцці незваротныя, таму агульная энтрапія непазбежна павялічваецца. Гэты факт коратка апісваецца ў наступным радку:

У незваротным працэсе агульная энтрапія сістэмы і навакольнага асяроддзя заўсёды павялічваецца.

Гэтае выдзеленае курсівам сказанне з'яўляецца агульным сцвярджэннем другога закона тэрмадынамікі. Другі закон тэрмадынамікі некалькі адрозніваецца ад іншых законаў фізікі. Звычайна фізічныя законы выражаюцца ў выглядзе ўраўненняў (напрыклад, законы Ньютана) або законаў захавання (напрыклад, закон захавання энергіі).

Энтрапія — гэта мера бязладдзя

Энтрапію можна лічыць мерай бязладдзя. Згодна з агульным сцвярджэннем другога закона тэрмадынамікі, бязладдзе мае тэндэнцыю да павелічэння ў незваротных працэсах. Іншымі словамі, кожны незваротны працэс па сутнасці прыводзіць да стану бязладдзя. Значэнне бязладдзя тут можа быць незразумелым, таму яно будзе растлумачана на прыкладах незваротных працэсаў, якія адбываюцца ў паўсядзённым жыцці.

Важна адзначыць, што паняцце энтрапіі першапачаткова асацыявалася толькі з незваротнымі працэсамі, звязанымі са зменамі формы энергіі і яе перадачай. Пасля таго, як манга аддзялілася ад сцябла і свабодна падала, пакуль не ўдарылася аб зямлю, яно ніколі не слізгае ўверх. Кніга, якую мы штурхаем, а потым спыняемся, ніколі не рухаецца назад да нас. Гэта некаторыя прыклады незваротных працэсаў, звязаных са зменамі формы энергіі і перадачай энергіі ад аднаго аб'екта да іншага. Гэтыя працэсы адбываюцца толькі ў адным кірунку, але ніколі ў адваротным. Манга ніколі не слізгае ўверх самастойна, таму што... унутраная энергія пераўтвораны ў кінетычная энергіяКніга ніколі не слізгае да нас, таму што цяпло, якое выпрацоўваецца трэннем, пераўтвараецца ў кінетычную энергію.

Незваротныя працэсы, якія адбываюцца ў Сусвеце, звязаны не толькі са зменамі формаў энергіі і яе перадачы. Пасля нараджэння мы вырастаем у немаўлят, дзяцей, падлеткаў, дарослых, потым старэем, гніем і, нарэшце, паміраем 😉 Ці бачылі вы калі-небудзь, як стары чалавек ператвараецца ў немаўля? Ніколі… Мабільны тэлефон, якім мы карыстаемся, з часам цьмянее і пашкоджваецца… Новы аўтамабіль, які спачатку быў гладкім і магутным, становіцца менш гладкім і слабым пасля некалькіх гадоў выкарыстання. Ці бачылі вы калі-небудзь, як стары аўтамабіль раптам зноў становіцца новым? Або ваш любімы мабільны тэлефон становіцца больш гладкім і лепшым з кожным днём? Ніколі… Пасля выкарыстання мабільны тэлефон цьмянее і пашкоджваецца. З аўтамабілямі тое ж самае… Гэта некаторыя прыклады незваротных працэсаў, якія не маюць нічога агульнага са зменамі формаў энергіі і яе перадачы… Цяпер, пасля разумення таго, што ўсе прыродныя працэсы, якія адбываюцца ў Сусвеце, незваротныя, паняцце энтрапіі становіцца шырэйшым. Абмеркаванне ахоплівае не толькі тэрмадынамічныя працэсы, але і многія іншыя незваротныя працэсы ў Сусвеце.

Зараз давайце абмяркуем некаторыя незваротныя працэсы, якія адбываюцца ў паўсядзённым жыцці. Спачатку разгледзім просты незваротны працэс. Гэта толькі ўвядзенне, каб вы зразумелі паняцце энтрапіі і яго сувязь з незваротнымі працэсамі.

Напрыклад, уявіце, што ў вас ёсць некалькі чырвоных і сініх шарыкаў. Шарыкі размешчаны ў кантэйнеры. Сінія шарыкі акуратна размешчаны ўнізе, а чырвоныя — уверсе (левы малюнак). Размяшчэнне вашых шарыкаў у кантэйнеры выглядае вельмі ўпарадкавана... Дно цалкам сіняе, верх — цалкам чырвоны.

Далей вы страсянеце або страсянеце кантэйнер уверх і ўніз. Паколькі кантэйнер рухаецца ўверх і ўніз, размяшчэнне шарыкаў, якое спачатку было вельмі рэгулярным, змяняецца і зноў становіцца няправільным (правы малюнак). Чырвоныя і сінія шарыкі змешваюцца разам 😉 Чым больш вы яго трасеце, тым больш няправільным становіцца размяшчэнне шарыкаў... Ці магчыма, што пасля страсення размяшчэнне шарыкаў стане рэгулярным, як і раней? Гэта немагчыма... Калі ласка, дакажыце гэта, калі не верыце. Шарыкі немагчыма стаць рэгулярнымі, як і раней... Гэта прыклад незваротнага працэсу. Пасля незваротнага працэсу размяшчэнне шарыкаў, якое спачатку было вельмі рэгулярным, змяняецца і становіцца няправільным. Рэгулярнасць змянілася на няправільнасць...

Тое ж самае адбываецца і ў іншых незваротных працэсах. Калі мы дакранаемся да гарачага і халоднага аб'ектаў, цяпло аўтаматычна пераходзіць ад гарачага аб'екта да халоднага... Цяпло спыняецца пасля таго, як два аб'екты, якія кантактуюць, дасягнуць аднолькавай тэмпературы. Гэты працэс незваротны... Спачатку ў нас ёсць два размяшчэнні малекул, а менавіта малекулы з вялікай сярэдняй кінетычнай энергіяй (малекулы, якія складаюць гарачы аб'ект), і малекулы з малой сярэдняй кінетычнай энергіяй (малекулы, якія складаюць халодны аб'ект). Пасля таго, як гарачы і халодны аб'екты дасягнуць аднолькавай тэмпературы (малекулы маюць аднолькавую сярэднюю кінетычную энергію), мы больш не можам адрозніць два размяшчэнні малекул. Размяшчэнне малекул, якое першапачаткова было рэгулярным, змяняецца на няправільнае. Падобна размяшчэнню шарыкаў вышэй... Пасля таго, як два аб'екты дасягнуць аднолькавай тэмпературы, рэгулярнае размяшчэнне малекул змяняецца на няправільнае (няправільнасць павялічваецца з-за незваротнай перадачы цяпла).

Акрамя таго, паток цяпла ад гарачага аб'екта да халоднага аб'екта можна разглядаць як паток цяпла з вобласці высокай тэмпературы ў вобласць нізкай тэмпературы ў цеплавой машыне. Паток цяпла з вобласці высокай тэмпературы ў вобласць нізкай тэмпературы дазваляе цеплавой машыне выконваць працу. Цеплавая машына не можа выконваць працу без цеплавога патоку. Такім чынам, мы можам усталяваць сувязь паміж памерам бязладдзя і здольнасцю выконваць працу. Пасля дасягнення той жа тэмпературы паток цяпла ад гарачага аб'екта да халоднага больш не адбываецца (бязладдзе павялічваецца). Паколькі адсутнасць цеплавога патоку перашкаджае цеплавой машыне выконваць працу, можна сказаць, што сістэма, якая не можа выконваць працу, мае высокі бязладдзе, у той час як сістэма, якая можа выконваць працу, мае нізкі бязладдзе...

З гэтых вынікаў мы можам зрабіць высновы аб сувязі паміж формамі энергіі і мерай неўпарадкаванасці. Па сутнасці, формай энергіі, якую можна выкарыстоўваць для выканання працы, з'яўляецца патэнцыяльная энергія. Гравітацыйная патэнцыяльная энергія вады можа быць выкарыстана для руху турбіны. Хімічная патэнцыяльная энергія ў нафце можа быць выкарыстана для руху транспартнага сродку. Хімічная патэнцыяльная энергія ў нашым целе можа быць выкарыстана для выканання працы, падарожжаў, вучобы… Гравітацыйная патэнцыяльная энергія манга можа быць выкарыстана для рамонту ўцечкі ў даху дома 😉 Паколькі карысныя формы энергіі могуць быць выкарыстаны для выканання працы, можна сказаць, што карысныя формы энергіі больш упарадкаваныя, а бескарысныя формы энергіі больш неўпарадкаваныя. Формамі бескарыснай энергіі з'яўляюцца ўнутраная энергія і цяпло… Пасля ўдару аб зямлю манга больш ніколі не слізгае ўверх, таму што ўнутраная энергія пераўтвараецца ў кінетычную энергію…

Пасля таго, як мы штурхнем кнігу, яна рухаецца. Трэнне прымушае кнігу спыніць рух... У гэтым выпадку кінетычная энергія кнігі ператварылася ў цяпло (цяпло ўзнікае з-за трэння). Насамрэч, кніга, якая ўсё яшчэ рухаецца, не слізгае назад да нас, таму што цяпло ператварылася ў кінетычную энергію... Гэтыя два прыклады паказваюць, што цяпло — гэта дзве бескарысныя формы энергіі. Бескарысныя формы энергіі нельга выкарыстоўваць для выканання працы. Такім чынам, можна сказаць, што цяпло і ўнутраная энергія маюць высокую нерэгулярнасць...

Па сутнасці, працэс змены формы энергіі з карыснай формы энергіі ў бескарысную заўсёды павялічвае беспарадак... На слэнгу энтрапія заўсёды павялічваецца падчас працэсу змены формы энергіі... Паколькі энтрапія заўсёды павялічваецца з цягам часу, усе карысныя формы энергіі будуць ператварацца ў бескарысныя. Энергія заўсёды будзе захоўвацца ў працэсе змены формы энергіі, але форма энергіі, якая з'яўляецца ўпарадкаванай і можа быць выкарыстана для выканання працы, ператвараецца ў нерэгулярную форму і не можа быць выкарыстана для выканання працы...

Энтрапія і статыстыка

Раней мы абмяркоўвалі, што энтрапія з'яўляецца мерай бязладдзя. Кожны незваротны працэс па сутнасці прыводзіць да стану высокай бязладдзя. Гэтая ідэя можа здацца абстрактнай і незразумелай. Каб лепш зразумець паняцце энтрапіі, можна выкарыстаць статыстычны падыход. Разуменне паняцця энтрапіі з дапамогай статыстычнага падыходу ўпершыню выкарыстаў Людвіг Больцман (1844–1906).

У пачатку гэтага артыкула было тлумачана, што энтрапія — гэта велічыня, якая апісвае мікраскапічны стан сістэмы. Велічыні, якія апісваюць макраскапічныя станы, можна непасрэдна ведаць, а велічыні, якія апісваюць мікраскапічныя станы, — не. Каб зразумець мікраскапічны стан, можна вывучыць сувязь паміж макраскапічным і мікраскапічным станамі.

У вас ёсць манета ў сто рупій? Манета ў сто рупій мае два бакі: на адным баку намаляваная птушка Гаруда, а на другім — слова «100 рупій». Напрыклад, калі ў вас ёсць манеты ў чатырыста рупій... калі вы кінеце ўсе манеты ў чатырыста рупій на падлогу, то адным кідком будзе пяць розных вынікаў:

Спачатку з'яўляюцца ўсе выявы птушкі Гаруда (4 выявы);

Па-другое, з'яўляюцца 3 выявы птушкі Гаруда, 1 надпіс на сто рупій (3 выявы, 1 надпіс);

Па-трэцяе, з'яўляюцца 2 выявы птушкі Гаруда, 2 словы сто рупій (2 выявы, 2 словы);

Па-чацвёртае, з'яўляецца 1 выява птушкі Гаруда, з'яўляюцца 3 словы сто рупій (1 выява, 3 словы);

Па-пятае, з'яўляюцца словы сто рупій (4 словы)…

Мы называем гэтыя пяць магчымых выяў або надпісаў макраскапічнымі станамі (макра = вялікі). І наадварот, калі мы прадстаўляем чатыры манеты як выявы або надпісы, мы канстатуем мікраскапічныя станы (мікра = малы).

Адным кідком ёсць 16 магчымых мікраскапічных станаў (кожная манета мае два шанцы. Чатыры манеты маюць 16 шанцаў = 2 x 2 x 2 x 2 = 2 4 = 16). Найбольшая верагоднасць таго, што з'явяцца 2 малюнкі і 2 надпісы (ёсць 6 магчымых мікраскапічных станаў з агульнай колькасці 16 мікраскапічных станаў - 6/16 x 100% = 37,5%). З іншага боку, найменшая верагоднасць таго, што з'явяцца 4 малюнкі або 4 надпісы (кожны мае 1 магчымы мікраскапічны стан - 1/16 x 100% = 6,25%). Тут мы абмяркоўваем толькі шанец або верагоднасць... Калі мы кінем манеты 16 разоў, няма гарантыі, што 2 малюнкі і 2 надпісы з'явяцца 6 разоў. Але калі мы кінем манеты тысячы разоў, верагоднасць з'яўлення 2 малюнкаў і 2 надпісаў можа наблізіцца да 37,5%.

Лепш даказаць гэта... Калі ласка, падкіньце чатырыста манет рупій 100 разоў (1000 разоў, калі можаце 😉). Запішыце дадзеныя, атрыманыя за адно падкіданне... Пасля 100 падкідання манет вы ўбачыце, што часцей за ўсё з'яўляюцца 2 выявы і 2 надпісы. Чым большая колькасць падкіданняў, тым верагоднасць атрымання 2 малюнкаў і 2 надпісаў набліжаецца да 37,5% ад агульнай колькасці падкіданняў.

Раней мы разглядалі толькі 4 манеты. Калі павялічыць колькасць манет, то павялічваецца і колькасць мікраскапічных станаў. Напрыклад, у нас ёсць 100 манет… Пры адным падкіданні ёсць 2 100 = 1,27 x 10³⁴ магчымых мікраскапічных станаў… Найбольшая верагоднасць таго, што з'явіцца 50 малюнкаў і 50 надпісаў (Ёсць 1,01 x 10²⁴ магчымых мікраскапічных станаў з агульнай колькасці 1,27 x 10³⁴ мікраскапічных станаў). І наадварот, найменшая верагоднасць таго, што з'явіцца 100 малюнкаў або 100 надпісаў (Кожны мае толькі 1 магчымы мікраскапічны стан з агульнай колькасці 1,27 x 10³⁴ мікраскапічных станаў). Вельмі мала і амаль немагчыма… Калі ў нас ёсць 1000 манет, верагоднасць з'яўлення 1000 малюнкаў або 1000 надпісаў, вядома, яшчэ меншая і ўсё больш немагчымая.

Каб суаднесці гэта з паняццем энтрапіі, можна выказаць здагадку, што ўсе выявы або ўвесь тэкст размешчаны ўпарадкавана, у той час як палова выяваў і палова тэксту размешчаны нерэгулярна. Чым большая колькасць манет, тым меншая верагоднасць або шанец атрымання ўпарадкаванага размяшчэння (усе выявы або ўвесь тэкст), і гэта становіцца амаль немагчымым. І наадварот, нерэгулярнае размяшчэнне (палова выяваў і палова тэксту) мае значна большую верагоднасць або шанец. З гэтага выніку вынікае, што нерэгулярнасць цесна звязана з верагоднасцю. Найбольш верагодны стан — гэта нерэгулярны стан, а найменш верагодны — гэта ўпарадкаваны стан.

Агульнае сцвярджэнне другога закона тэрмадынамікі, якое мы абмяркоўвалі раней, сцвярджае, што энтрапія, або беспарадак, заўсёды павялічваецца ў кожным незваротным працэсе. Гэта сцвярджэнне другога закона тэрмадынамікі можна разумець як імавернаснае сцвярджэнне. Гэта азначае, што кожны працэс, які адбываецца ў Сусвеце, мае найбольшую верагоднасць або магчымасць. Другі закон тэрмадынамікі не забараняе зніжэнне энтрапіі ў кожным незваротным працэсе, але верагоднасць вельмі малая, амаль немагчымая. І наадварот, павелічэнне энтрапіі мае значна большую верагоднасць. Колькасць пенсаў, якія мы разглядалі раней, складала ўсяго 100... на самой справе іх 6,02 х 10²³ малекулы… гэта вельмі вялікая колькасць. Магчымыя мікраскапічныя станы гэтай колькасці, вядома, вельмі вялікія, таму любы парадак мае вельмі малую, амаль немагчымы, верагоднасць…

Калі мы кінем шклянку на падлогу, аскепкі шкла, раскіданыя па падлозе, могуць зноў сабрацца і ўтварыць цэлую шклянку, як і раней. Але верагоднасць гэтага настолькі малая, што немагчыма... калі шкло яшчэ цэлае, становішча малекул больш упарадкаванае. Калі шкло падае і разбіваецца, і аскепкі шкла рассыпаюцца па зямлі, становішча малекул парушаецца. Верагоднасць вяртання ў ўпарадкаванае становішча настолькі малая, што немагчыма чакаць, што малекулы шкла зноў збяруцца разам. Калі мы дакранемся да гарачага і халоднага прадметаў, цяпло будзе перацякаць само па сабе ад гарачага да халоднага... малекулы гарачых прадметаў рухаюцца хаатычна і хутка, з іншага боку, рух малекул, якія складаюць халодныя прадметы, не вельмі хуткі. Верагоднасць таго, што гэтыя хутка рухаючыяся малекулы сутыкнуцца адна з адной або перасякуцца з халодным прадметам, значна большая, чым верагоднасць малекул, якія рухаюцца павольна... хто хуткі, той і зразумее 😉 цяпло можа пераходзіць ад халоднага прадмета да гарачага, але верагоднасць таго, што гэта адбудзецца, значна меншая.

Сінія і чырвоныя шарыкі на малюнку вышэй могуць вярнуцца да свайго першапачатковага, рэгулярнага размяшчэння. Але верагоднасць вяртання да ўпарадкаванага размяшчэння значна меншая. У бязладным размяшчэнні верагоднасць значна большая. Аналагічна, свабоднае пашырэнне газу ў закрытым кантэйнеры адбываецца. Кантэйнер мае дзве камеры, падзеленыя бар'ерам. Спачатку газ знаходзіцца ў левай камеры. Калі бар'ер выдалены, малекулы газу сцякаюцца ў правую камеру. Правая камера пустая, а левая камера змяшчае малекулы, якія рухаюцца хаатычна. Калі бар'ер выдалены, малекулы маюць высокую верагоднасць пераходу ў пустую камеру. Пасля таго, як малекулы запоўняць увесь аб'ём кантэйнера з двума камерамі, ці магчыма, каб усе малекулы зноў запоўнілі левую камеру? Гэта магчыма, але верагоднасць вельмі малая. Толькі ў адным молях знаходзіцца 6,02 x 10²³ малекулы… верагоднасць таго, што ўсе малекулы знаходзяцца ў левай прасторы, складае 1 на мільён. Адзін на мільён — гэта вельмі малая і амаль немагчымая верагоднасць…

Другі закон тэрмадынамікі кажа нам, што кожны працэс, які адбываецца ў Сусвеце, з'яўляецца найбольш верагодным працэсам. Кірунак, у якім адбываецца працэс у прыродзе (у бок павышэння энтрапіі), вызначаецца выпадковасцю або верагоднасцю... бязладдзе мае значна большую верагоднасць узнікнення і таму больш верагоднае яго ўзнікненне...

Энтрапія = страла часу

Энтрапію таксама называюць стрэлай часу, таму што яна паказвае нам кірунак, у якім цячэ час. Кірунак кожнага прыроднага працэсу — да бязладзіцы. Калі мы назіраем адваротнае, гэта значыць, сам бязладдзе ператвараецца ў парадак, мы можам сказаць, што падзея адваротная. Калі мы бачым, як раскіданыя па падлозе асколкі шкла зноў збіраюцца і зноў утвараюць цэлую шклянку, мы можам сказаць, што падзея адваротная. Гэтага ніколі не здараецца ў нашым паўсядзённым жыцці, а калі б гэта адбылося, гэта парушыла б другі закон тэрмадынамікі. У гэтым выпадку час ніколі не рухаецца назад, а бязладдзе ніколі аўтаматычна не змяняецца на парадак. Найбольш верагоднай і пастаяннай з'явай у нашым жыцці з'яўляецца тое, што парадак заўсёды рухаецца да бязладзіцы; час заўсёды рухаецца наперад, а не назад. Калі б стары чалавек ператварыўся ў немаўля, мы б лічылі гэта ненармальным і парушэннем другога закона тэрмадынамікі.