Entroopia aine
Eelmises arutelus uurisime mitmeid termodünaamika teise seaduse konkreetseid väiteid. Tuleb märkida, et need konkreetsed väited saavad selgitada ainult teatud pöördumatuid protsesse. Clausiuse väide selgitab ainult soojusülekannet ja selle seost külmikute tööpõhimõttega. Kelvini ja Plancki väited on seotud soojusmasinate tööpõhimõttega . Põhimõtteliselt on need kaks väidet seotud soojusülekandega. On palju teisi pöördumatuid protsesse, mida ei saa nende kahe väite abil seletada.
Termodünaamika teise seaduse spetsiifiline lause ei suuda seletada kõiki pöördumatuid protsesse, seega vajame üldisemat lauset. See üldine lause peaks seletama kõiki universumis toimuvaid pöördumatuid protsesse. Termodünaamika teise seaduse üldine lause sõnastati alles 19. sajandi keskel suuruse nimega entroopia (S) kaudu. Entroopiat võib pidada korratuse mõõduks. Entroopia suuruse võttis esmakordselt kasutusele Clausius ja see tuletati Carnot' tsüklist (täiuslik soojusmasin). Clausiuse sõnul väljendatakse süsteemi entroopia muutuse suurust, kui süsteem saab konstantsel temperatuuril lisasoojust (Q), järgmise võrrandiga:
Entroopia on suurus, mis kirjeldab süsteemi mikroskoopilist olekut ja seetõttu ei saa seda otseselt mõõta. Me uurime ainult entroopia muutust. See sarnaneb energia muutusega termodünaamika esimeses seaduses.
Näidisküsimus 1:
Anumas olev gaasikogus paisub adiabaatiliselt. Milline on gaasi entroopia muutus?
Arutelu
Adiabaatilise protsessi käigus ei sisene ega lahku süsteemist (gaasist) soojust . Kuna Q = 0, siis ΔS = 0. Süsteemi entroopia jääb konstantseks. Aga adiabaatilise kokkusurumise korral? See on sisuliselt sama. Adiabaatilise kokkusurumise käigus ei sisene ega lahku süsteemist soojust (Q = 0). Seetõttu on süsteemi entroopia konstantne.
Näidisküsimus 2:
Carnot' mootor saab temperatuuril 500 K 2000 J soojust, teeb tööd ja eraldab teatud hulga soojust temperatuuril 350 K. Määrake ühe tsükli jooksul eraldatud soojushulk ja mootori koguentroopia muutus.
Arutelu
Kui süsteem saab soojust, on Q positiivne, kui süsteem vabastab soojust, on Q negatiivne. Süsteemiks on antud juhul Carnot' mootor.
Ühe tsükli jooksul läbib Carnot' mootor kaks pöörduvat isotermilist protsessi (isotermiline paisumine + isotermiline kokkusurumine) ja kaks pöörduvat adiabaatilist protsessi (adiabaatiline paisumine ja adiabaatiline kokkusurumine). Adiabaatilise paisumise ja kokkusurumise käigus ei sisene ega lahku süsteemist soojust (Q = 0). Kuna Q = 0, on entroopia muutus adiabaatilise protsessi ajal = 0.
Isotermilise paisumise ajal neelab mootor temperatuuril (T) 500 K 2000 J soojust (Q). Kuna mootor neelab soojust, on Q positiivne. Mootori entroopia muutus isotermilise paisumise ajal on:
Isotermilise kokkusurumise ajal eraldab mootor temperatuuril (T) 350 K 1400 J soojust (Q). Kuna mootor eraldab soojust, on Q-l negatiivne märk. Mootori entroopia muutus isotermilise kokkusurumise ajal on:
Kogu entroopia muutus = 4 J/K - 4 J/K = 0
Näidisküsimus 3:
Soojusmasin saab temperatuuril 300 ° C 600 džauli soojust (Q), teeb tööd ja annab temperatuuril 100 ° C ära teatud hulga soojust. Määrake ühe tsükli jooksul äravisatud soojushulk ja mootori koguentroopia muutus...
Arutelu
T H = 300 K
QH = 600 J
T L = 100 K
Q L = ?
Ühe tsükli jooksul läbib Carnot' mootor kaks pöörduvat isotermilist protsessi (isotermiline paisumine + isotermiline kokkusurumine) ja kaks pöörduvat adiabaatilist protsessi (adiabaatiline paisumine ja adiabaatiline kokkusurumine). Adiabaatilise paisumise ja kokkusurumise käigus ei sisene ega lahku süsteemist soojust (Q = 0). Kuna Q = 0, on entroopia muutus adiabaatilise protsessi ajal = 0.
Isotermilise paisumise ajal neelab mootor temperatuuril (T) 300 K 600 J soojust (Q). Kuna mootor neelab soojust, on Q positiivne. Mootori entroopia muutus isotermilise paisumise ajal on:
Isotermilise kokkusurumise ajal eraldab mootor temperatuuril (T) 100 K 200 J soojust (Q). Kuna mootor eraldab soojust, on Q-l negatiivne märk. Mootori entroopia muutus isotermilise kokkusurumise ajal on:
Kogu entroopia muutus = 2 J/K - 2 J/K = 0
Näidisküsimusest number 2 ja näidisküsimusest number 3 ilmneb, et pöörduva protsessi koguentroopia muutus = 0. Teisisõnu, pöörduvas protsessis on koguentroopia alati konstantne.
Näidisküsimus 4:
2 kg kaaluva jääkuubiku temperatuur on 0 ° C. Jääkuubik asetatakse anumasse ja hoitakse päikesevalguses. Õhust ja päikesest tuleva lisasoojuse tõttu jää sulab. Määrake jää entroopia muutus. (Vee sulamissoojus = 3,34 x 105 J /kg)
Arutelu
Jää mass = 2 kg
Jää temperatuur = 0 ° C + 273 = 273 K
Vee sulamissoojus = 3,34 x 10 5 J/kg
2 kg jää veeks sulatamiseks vajalik soojushulk:
Q = ml
Q = (2 kg) (3,34 × 105 J /kg)
Q = 6,68 × 10⁻¹⁶ J
Q = 668 × 10⁻¹⁶ J
Sulamisprotsessi (jääst veeks) ajal on temperatuur konstantne. Kuna temperatuur on konstantne, arvutatakse jää entroopia muutus.
Näidisküsimus 5:
Klaas 26 ° C vett segatakse klaasi 22 ° C veega. Kui vee mass klaasis = 2 kg, määrake vee entroopia muutus. Eeldage, et kuum ja külm vesi on segatud suletud, hästi isoleeritud anumas. Soojusülekanne on pöördumatu protsess.
Arutelu
Vee erisoojus (c) = 4180 J/kg C₂O
Vee mass = 2 kg (sama mass vett).
Kuna vee mass on sama, on segu lõpptemperatuur = 24 ° C (26 ° C + 22 ° C / 2 = 48 ° C / 2 = 24 ° C).
Soojushulk, mis kuumal veel eraldub temperatuuri langemisel 26 ° C-lt 24 ° C-ni:
Q = mc Δ T = (2 kg) (4180 J/kg C o ) (26 o C – 24 o C) = (2 Kg) (4180 J/kg C o ) (2 o C) = 16720 J
Külma vee poolt neeldunud soojushulk temperatuuri tõustes 22 °C-lt 24 °C-ni:
Q = mc Δ T = (2 kg) (4180 J/kg C o ) (24 o C – 22 o C) = (2 kg) (4180 J/kg C o ) (2 o C) = 16720 J
Kogu entroopia muutus = kuuma vee entroopia muutus + külma vee entroopia muutus
Sooja vee keskmine temperatuur = (26 ° C + 24 ° C) / 2 = 50 ° C / 2 = 25 ° C ‐‐‐‐ 25 + 273 = 298 K
Külma vee keskmine temperatuur = (22 ° C + 24 ° C) / 2 = 46 ° C / 2 = 23 ° C 23 + 273 = 296 K
Kuum vesi eraldab soojust, seega on Q negatiivne. Vastupidiselt, külm vesi neelab soojust, seega on Q positiivne. Pea meeles Q-märgi konventsiooni (termodünaamika esimene seadus).
ΔS Kokku = ΔS soe vesi + ΔS külm vesi
Δ S kokku = ‐ 56 107 J/K + 56 486 J/K
ΔS Kokku = 0,379 J/K
Kogu entroopia suureneb 0,379 J/K võrra
Kuigi süsteemi mõnede osade entroopia väheneb (‐56,107 J/K), suureneb süsteemi mõnede osade entroopia suuremal määral (+ 56,486 J/K), nii et koguentroopia alati suureneb (+ 0,379 J/K).
Koguentroopia suurenemine pöördumatu protsessi puhul ei kehti ainult eespool analüüsitud kuuma ja külma vee segu vahelise soojusülekande kohta, vaid kehtib ka kõigi teadlaste uuritud juhtumite kohta. Koguentroopia jääb alati konstantseks, kui protsess on pöörduv. Kui protsess on pöördumatu, siis koguentroopia alati suureneb.
Põhimõtteliselt on kõik meie igapäevaelus toimuvad looduslikud protsessid pöördumatud, seega suureneb kogu entroopia paratamatult. See fakt on kokku võetud järgmises reas:
Pöördumatu protsessi korral süsteemi ja ümbritseva keskkonna summaarne entroopia alati suureneb.
See kursiivis lause on termodünaamika teise seaduse üldine väide. Termodünaamika teine seadus erineb mõnevõrra teistest füüsikaseadustest. Tavaliselt väljendatakse füüsikaseadusi võrranditena (nt Newtoni seadused) või jäävuse seadustena (nt energia jäävuse seadus).
Entroopia on häire mõõt
Entroopiat võib pidada korratuse mõõduks. Seoses termodünaamika teise seaduse üldise väitega kipub korratus pöördumatutes protsessides suurenema. Teisisõnu, iga pöördumatu protsess viib sisuliselt korratuse seisundini. Korratuse tähendus võib siin olla ebaselge, seega selgitatakse seda igapäevaelus esinevate pöördumatute protsesside näidete abil.
Oluline on märkida, et entroopia mõistet seostati algselt ainult pöördumatute protsessidega, mis hõlmasid energiavormi muutusi ja energiaülekannet. Pärast seda, kui mango on varrest vabanenud ja vabalt kukkunud, kuni see maapinnale jõuab, ei libise ta enam kunagi ülespoole. Raamat, mida me lükkame ja seejärel peatume, ei liigu enam kunagi meie poole tagasi. Need on mõned näited pöördumatutest protsessidest, mis on seotud energiavormi muutuste ja energia ülekandega ühelt objektilt teisele. Need protsessid toimuvad ainult ühes suunas, mitte kunagi vastassuunas. Mango ei libise kunagi iseenesest ülespoole, sest selle siseenergia muundub kineetiliseks energiaks . Raamat ei libise kunagi meie poole, sest hõõrdumisel tekkiv soojus muundub kineetiliseks energiaks.
Universumis toimuvad pöördumatud protsessid ei ole seotud ainult energiavormide ja energiaülekande muutustega. Pärast sündi kasvame beebideks, lasteks, teismelisteks, täiskasvanuteks, seejärel vananeme ja kõduneme ning lõpuks sureme 😉 Kas olete kunagi näinud vanast inimesest beebit saamas? Mitte kunagi… Meie kasutatav mobiiltelefon muutub aja jooksul tuhmiks ja kahjustub… Uus auto, mis oli algselt sujuv ja võimas, muutub pärast mõneaastast kasutamist vähem sujuvaks ja nõrgaks. Kas olete kunagi näinud vana autot äkki jälle uueks saamas? Või muutub teie lemmik mobiiltelefon iga päevaga sujuvamaks ja paremaks? Mitte kunagi… Pärast kasutamist muutub mobiiltelefon tuhmiks ja kahjustub. Autodega on samamoodi… Need on mõned näited pöördumatutest protsessidest, millel pole mingit pistmist energiavormide ja energiaülekande muutustega…. Nüüd, pärast seda, kui oleme aru saanud, et kõik universumis toimuvad looduslikud protsessid on pöördumatud, laieneb entroopia mõiste. Arutelu hõlmab lisaks termodünaamilistele protsessidele ka paljusid teisi universumis toimuvaid pöördumatuid protsesse.
Nüüd arutame mõningaid igapäevaelus toimuvaid pöördumatuid protsesse. Kõigepealt vaatleme lihtsat pöördumatut protsessi. See on vaid sissejuhatus, et te mõistaksite entroopia mõistet ja selle seost pöördumatute protsessidega.
Näiteks oletame, et sul on mitu punast ja sinist marmorkuuli. Marmorkuulid on asetatud anumasse. Sinised marmorkuulid on korralikult allosas ja punased marmorkuulid üleval (vasakpoolne pilt). Kuulide paigutus anumas näeb välja väga korrapärane... Alumine on täiesti sinine, ülemine on täiesti punane.
Seejärel raputad või raputad anumat üles-alla. Kuna anumat liigutatakse üles-alla, muutub marmorite esialgne väga korrapärane paigutus jälle ebakorrapäraseks (parempoolne pilt). Punased ja sinised marmorkuulid segunevad 😉 Mida rohkem sa seda raputad, seda ebakorrapärasemaks muutub marmorite paigutus... Kas on võimalik, et pärast raputamist muutub marmorite paigutus endiseks korrapäraseks? See on võimatu... Palun tõesta seda, kui sa seda ei usu. On võimatu, et marmorkuulid muutuksid endiseks korrapäraseks... See on näide pöördumatust protsessist. Pärast pöördumatut protsessi muutub marmorite esialgne väga korrapärane paigutus ebakorrapäraseks. Regulaarsus on muutunud ebakorrapärasuseks...
Sama juhtub ka teistes pöördumatutes protsessides. Kui me puudutame kuuma ja külma eset, voolab soojus automaatselt kuumalt esemelt külmale esemele... Soojuse vool lakkab pärast seda, kui kaks kokkupuutuvat objekti saavutavad sama temperatuuri. See protsess on pöördumatu... Algselt on meil kaks molekulide paigutust, nimelt molekulid, millel on suur keskmine kineetiline energia (molekulid, mis moodustavad kuuma objekti) ja molekulid, millel on väike keskmine kineetiline energia (molekulid, mis moodustavad külma objekti). Pärast seda, kui kuum ja külm objekt saavutavad sama temperatuuri (molekulidel on sama keskmine kineetiline energia), ei saa me enam molekulide kahte paigutust eristada. Algselt regulaarne molekulide paigutus muutub ebakorrapäraseks. Sarnaselt ülaltoodud marmorikuulikeste paigutusega... Pärast seda, kui kaks objekti saavutavad sama temperatuuri, muutub molekulide regulaarne paigutus ebakorrapäraseks (ebakorrapärasus suureneb pöördumatu soojusülekande tõttu).
Lisaks võib soojusvoogu kuumalt objektilt külmale objektile käsitleda kui soojusvoogu kõrge temperatuuriga piirkonnast madala temperatuuriga piirkonda soojusmasinas. Soojusvoog kõrge temperatuuriga piirkonnast madala temperatuuriga piirkonda võimaldab soojusmasinal tööd teha. Soojusmasin ei saa tööd teha ilma soojusvoota. Seega saame luua seose korrastatuse suuruse ja töö tegemise võime vahel. Pärast sama temperatuuri saavutamist ei ole enam soojusvoogu kuumalt objektilt külmale objektile (korratus suureneb). Kuna soojusvoo puudumine takistab soojusmasinal tööd teha, võime öelda, et süsteemil, mis ei saa tööd teha, on suur korrastatus, samas kui süsteemil, mis saab tööd teha, on väike korrastatus...
Nende tulemuste põhjal saame teha järeldusi energiavormide ja korrastatuse mõõtme vahelise seose kohta. Põhimõtteliselt on energiavorm, mida saab töö tegemiseks kasutada, potentsiaalne energia. Vee gravitatsioonilist potentsiaalset energiat saab kasutada turbiini liigutamiseks. Õli keemilist potentsiaalset energiat saab kasutada sõiduki liigutamiseks. Meie keha keemilist potentsiaalset energiat saab kasutada töö tegemiseks, reisimiseks, õppimiseks... Mango gravitatsioonilist potentsiaalset energiat saab kasutada maja katuse lekke parandamiseks 😉 Kuna kasulikke energiavorme saab kasutada töö tegemiseks, võime öelda, et kasulikud energiavormid on korrapärasemad, samas kui kasutud energiavormid on korrastamatamad. Kasutu energia vormid on siseenergia ja soojus... Pärast maapinnale jõudmist ei libise mango enam kunagi ülespoole, sest siseenergia muundub kineetiliseks energiaks...
Pärast raamatu lükkamist see liigub. Hõõrdumise tõttu raamat peatub... Sel juhul on raamatu kineetiline energia muutunud soojuseks (soojus tekib hõõrdumise tõttu). Tegelikkuses ei libise raamat ikka veel meie poole tagasi, sest soojus on muutunud kineetiliseks energiaks... Need kaks näidet näitavad, et soojus on kaks kasutut energiavormi. Kasutuid energiavorme ei saa töö tegemiseks kasutada. Seega võime öelda, et soojusel ja siseenergial on suur ebakorrapärasus...
Põhimõtteliselt suurendab energia vormi muutmise protsess kasulikust energia vormist kasutuks energia vormiks alati korratust... Slängis suureneb entroopia alati energia vormi muutmise protsessi käigus... Kuna entroopia aja möödudes alati suureneb, muutuvad kõik kasulikud energia vormid kasututeks vormideks. Energia vormi muutmise protsessis energia alati säilib, kuid korrapärane ja töö tegemiseks kasutatav energia vorm muutub ebaregulaarseks vormiks ja seda ei saa töö tegemiseks kasutada...
Entroopia ja statistika
Eelnevalt arutasime, et entroopia on korratuse mõõt. Iga pöördumatu protsess viib sisuliselt kõrge korratuse astmeni. See idee võib tunduda abstraktne ja ebaselge. Entroopia mõiste paremaks mõistmiseks saame kasutada statistilist lähenemisviisi. Entroopia mõiste mõistmist statistilise lähenemisviisi abil kasutas esmakordselt Ludwig Boltzmann (1844–1906).
Selle artikli alguses selgitati, et entroopia on suurus, mis kirjeldab süsteemi mikroskoopilist olekut. Makroskoopilisi olekuid kirjeldavaid suurusi saab otseselt teada, kuid mikroskoopilisi olekuid kirjeldavaid suurusi mitte. Mikroskoopilise oleku mõistmiseks saame uurida makroskoopilise ja mikroskoopilise oleku vahelist seost.
Kas sul on saja ruupia münt? Saja ruupia mündil on kaks külge: ühel küljel on kujutatud Garuda lindu ja teisel küljel sõna 100 ruupiat. Näiteks kui sul on nelisada ruupiat... kui sa viskad kõik nelisada ruupiat põrandale, on ühe viskega viis erinevat tulemust:
Esmalt ilmuvad kõik Garuda linnu kujutised (4 pilti);
Teiseks ilmuvad 3 pilti Garuda linnust, 1 kiri saja ruupia kohta (3 pilti, 1 kiri);
Kolmandaks, ilmuvad kaks Garuda linnu kujutist, kaks sõna sada ruupiat (2 kujutist, kaks sõna);
Neljandaks, ilmub 1 Garuda linnu pilt, 3 sõna, mis tähendab sada ruupiat (1 pilt, 3 sõna);
Viiendaks, ilmuvad sõnad sada ruupiat (4 sõna)…
Me nimetame neid viit võimalikku kujutist või kirjapilti makroskoopilisteks olekuteks (makro = suur). Vastupidiselt, kui me esitame nelja münti kujutiste või kirjapiltidena, siis me nimetame mikroskoopilisi olekuid (mikro = väike).
Ühe viskega on 16 võimalikku mikroskoopilist olekut (igal mündil on kaks võimalust. Neljal mündil on 16 võimalust = 2 x 2 x 2 x 2 = 2 4 = 16). Suurim tõenäosus on, et ilmub 2 pilti ja 2 kirja (kokku 16 mikroskoopilisest olekust on 6 võimalikku mikroskoopilist olekut - 6/16 x 100% = 37,5%). Teisest küljest on väikseim tõenäosus, et ilmub 4 pilti või 4 kirja (igal on 1 võimalik mikroskoopiline olek - 1/16 x 100% = 6,25%). Siin arutatakse ainult võimalust või tõenäosust... Kui viskame münte 16 korda, pole kindel, et 2 pilti ja 2 kirja ilmuvad 6 korda. Aga kui viskame münte tuhandeid kordi, võib 2 pildi ja 2 kirja ilmumise tõenäosus ulatuda 37,5%-ni.
Parem on seda tõestada... Palun viska nelisada ruupiat 100 korda (1000 korda, kui saad 😉). Kirjuta ühe viskega saadud andmed üles... Pärast müntide 100 viskamist avastad, et kõige sagedamini esineb 2 pilti ja 2 kirja. Mida rohkem on viskeid, seda suurem on 2 pildi ja 2 kirja saamise tõenäosus 37,5%-ni visete koguarvust.
Varem vaatlesime ainult nelja münti. Kui suurendame müntide arvu, suureneb mikroskoopiliste olekute arv. Näiteks on meil 100 münti... Ühe viskega on 2 x 100 = 1,27 x 1030 võimalikku mikroskoopilist olekut... Suurim tõenäosus on, et ilmub 50 pilti ja 50 teksti (kokku on 1,27 x 1030 mikroskoopilist olekut 1,01 x 1029 võimalikku mikroskoopilist olekut). Seevastu väikseim tõenäosus on, et ilmub 100 pilti või 100 teksti (igaühel on ainult 1 võimalik mikroskoopiline olek kokku 1,27 x 1030 mikroskoopilisest olekust). Väga väike ja peaaegu võimatu... Kui meil on 1000 münti, on 1000 pildi või 1000 teksti ilmumise tõenäosus muidugi veelgi väiksem ja üha võimatum.
Selle seostamiseks entroopia mõistega võime eeldada, et kõik pildid või kogu tekst on korrapärases paigutuses, samas kui pooled piltidest ja pool tekstist on ebaregulaarses paigutuses. Mida suurem on müntide arv, seda väiksemaks muutub korrapärase paigutuse (kõik pildid või kogu tekst) saamise tõenäosus või võimalus ja see muutub peaaegu võimatuks. Seevastu ebaregulaarsel paigutusel (pooled piltidest ja pool tekstist) on palju suurem tõenäosus või võimalus. Sellest tulemusest nähtub, et ebaregulaarsus on tihedalt seotud tõenäosusega. Kõige tõenäolisem olek on ebaregulaarne olek, samas kui kõige ebatõenäolisem olek on korrapärane olek.
Termodünaamika teise seaduse üldine väide, mida me varem käsitlesime, väidab, et entroopia ehk korratus suureneb alati igas pöördumatus protsessis. Seda termodünaamika teise seaduse väidet võib mõista kui tõenäosusväidet. See tähendab, et iga universumis toimuv protsess on see, millel on suurim tõenäosus või võimalus. Termodünaamika teine seadus ei keela entroopia vähenemist igas pöördumatus protsessis, kuid tõenäosus on väga väike, isegi peaaegu võimatu. Seevastu entroopia suurenemise tõenäosus on palju suurem. Varem vaadeldud sentide arv oli ainult 100... tegelikkuses on ühes moolis 6,02 x 1023 molekuli ... see on väga suur arv. Selle arvu võimalikud mikroskoopilised olekud on muidugi väga suured, seega on korrastatuse tõenäosus väga väike, peaaegu võimatu...
Kui kukutame klaasi põrandale, võivad põrandale laiali puistatud klaasikillud uuesti koguneda ja moodustada terve klaasi nagu enne. Kuid selle juhtumise võimalus on nii väike, et see on võimatu... kui klaas on veel terve, on molekulide asukoht korrapäratum. Kui klaas kukub nii kaua, kuni see puruneb, nii et klaasikillud pilluvad maapinnale laiali, muutub molekulide asukoht korrapäratuks. Võimalus naasta korrapärasesse asendisse on nii väike, et klaasimolekulide uuesti kogunemise ootamine on võimatu. Kui puudutame kuuma ja külma eset, voolab soojus iseenesest kuumalt esemelt külmale esemele... kuumadel objektidel on molekulid, mis liiguvad juhuslikult ja kiiresti, teisalt ei ole külmade objektide molekulide liikumine eriti kiire. Nende kiiresti liikuvate molekulide tõenäosus üksteise otsa põrkuda või külmale esemele üle minna on palju suurem kui aeglaselt liikuvate molekulide tõenäosus... kes on kiire, see saab aru 😉 soojus võib liikuda külmalt esemelt kuumale esemele, kuid selle juhtumise võimalus on palju väiksem.
Ülaltoodud illustratsioonil olevad sinised ja punased marmorkuulid võivad naasta oma algsesse, korrapärasesse paigutusse. Kuid korrapärase paigutuse taastamise võimalus on palju väiksem. Korratamatu paigutuse tõenäosus on palju suurem. Samamoodi on gaasi vaba paisumisega suletud anumas. Anumas on kaks kambrit, mis on eraldatud barjääriga. Algselt on gaas vasakus kambris. Kui barjäär eemaldatakse, kogunevad gaasimolekulid paremasse kambrisse. Parempoolne kamber on tühi, samas kui vasak kamber sisaldab juhuslikult liikuvaid molekule. Kui barjäär eemaldatakse, on molekulidel suur tõenäosus jõuda tühja kambrisse. Pärast seda, kui molekulid on täitnud kogu kahe kambriga anuma mahu, kas on võimalik, et kõik molekulid täidavad uuesti vasaku kambri? See on võimalik, kuid tõenäosus on väga väike. Ainult ühes moolis on 6,02 x 1023 molekuli ... tõenäosus, et kõik molekulid on vasakus kambris, on 1 miljonist võimalusest. Üks miljonist on väga väike ja peaaegu võimatu...
Termodünaamika teine seadus ütleb meile, et iga universumis toimuv protsess on kõige tõenäolisem protsess. Looduses toimuva protsessi suuna (kõrgema entroopia poole) määrab juhus või tõenäosus... häirel on palju suurem tõenäosus esineda ja seetõttu on see tõenäolisem...
Entroopia = aja nool
Entroopiat nimetatakse ka aja nooleks, sest see näitab meile aja kulgemise suunda. Iga loodusliku protsessi suund on korratuse suunas. Kui täheldame vastupidist, st korratuse enda muutumist korraks, võime öelda, et sündmus on vastupidine. Kui näeme põrandal laiali puistatud klaasikilde uuesti kogunemas ja uuesti terve klaasi moodustamas, võime öelda, et sündmus on vastupidine. Meie igapäevaelus ei juhtu seda kunagi ja kui juhtuks, rikuks see termodünaamika teist seadust. Sellisel juhul ei liigu aeg kunagi tagasi ja korratus ei muutu kunagi automaatselt korraks. Kõige tõenäolisem ja pidevam nähtus meie elus on see, et kord liigub alati korratuse poole; aeg liigub alati edasi, mitte tagasi. Kui vanast inimesest saab beebi, peaksime seda ebanormaalseks ja termodünaamika teise seaduse rikkumiseks.
