Entropiaanyag
Az előző beszélgetésben a termodinamika második főtételének számos konkrét állítását tanulmányoztuk. Meg kell jegyezni, hogy ezek a konkrét állítások csak bizonyos irreverzibilis folyamatokat tudnak magyarázni. A Clausius-állítás csak a hőátadást és annak a hűtőszekrények működési elvével való kapcsolatát magyarázza el. A Kelvin- és Planck-állítások a hőerőgépek működési elvére vonatkoznak . Lényegében ez a két állítás a hőátadással kapcsolatos. Sok más irreverzibilis folyamat is van, amelyet nem lehet e két állítás segítségével magyarázni.
A termodinamika második főtételének konkrét kijelentése nem magyarázhat meg minden irreverzibilis folyamatot, ezért egy általánosabb állításra van szükségünk. Ez az általános állítás várhatóan megmagyarázza az univerzumban végbemenő összes irreverzibilis folyamatot. A termodinamika második főtételének általános kijelentését csak a tizenkilencedik század közepén fogalmazták meg, egy entrópia (S) nevű mennyiség segítségével. Az entrópia a rendezetlenség mértékének tekinthető. Az entrópia mennyiségét először Clausius vezette be, és a Carnot-ciklusból (egy tökéletes hőerőgépből) származtatta. Clausius szerint az entrópia változásának nagyságát, amelyet egy rendszer tapasztal, amikor állandó hőmérsékleten további hőt (Q) kap, a következő egyenlettel fejezzük ki:
Az entrópia egy olyan mennyiség, amely egy rendszer mikroszkopikus állapotát írja le, ezért közvetlenül nem mérhető. Csak az entrópia változását vizsgáljuk. Ez hasonló a termodinamika első főtételében szereplő energiaváltozáshoz.
1. példakérdés:
Egy tartályban lévő gázmennyiség adiabatikus táguláson megy keresztül. Mekkora a gáz entrópiájának változása?
Vita
Adiabatikus folyamat során nem lép be és nem távozik hő a rendszerből (gáz). Mivel Q = 0, ΔS = 0. A rendszer entrópiája állandó marad. Mi a helyzet az adiabatikus kompresszióval? Lényegében ugyanez a helyzet. Adiabatikus kompresszió során nem lép be és nem távozik hő a rendszerből (Q = 0). Ezért a rendszer entrópiája állandó.
2. példakérdés:
Egy Carnot-motor 2000 J hőt vesz fel 500 K-en, munkát végez és bizonyos mennyiségű hőt ad le 350 K-en. Határozza meg a leadott hőmennyiséget és a motor teljes entrópiaváltozását egy ciklus alatt.
Vita
Ha a rendszer hőt vesz fel, Q pozitív, ha a rendszer hőt bocsát ki, Q negatív. Az adott esetben használt rendszer egy Carnot-motor.
Egy Carnot-motor egy ciklus alatt két megfordítható izotermikus folyamaton (izotermikus expanzió + izotermikus kompresszió) és két megfordítható adiabatikus folyamaton (adiabatikus expanzió és adiabatikus kompresszió) megy keresztül. Az adiabatikus expanzió és kompresszió során nem jut be és nem távozik hő a rendszerből (Q = 0). Mivel Q = 0, az entrópiaváltozás az adiabatikus folyamat során = 0.
Izotermikus tágulás során a motor 2000 J hőt (Q) nyel el 500 K hőmérsékleten (T). Mivel a motor hőt nyel el, Q pozitív. A motor entrópiájának változása izotermikus tágulás során:
Izotermikus kompresszió során a motor 1400 J hőt (Q) vesz le 350 K hőmérsékleten (T). Mivel a motor hőt vesz fel, Q negatív előjelű. A motor entrópiájának változása izotermikus kompresszió során:
Teljes entrópiaváltozás = 4 J/K - 4 J/K = 0
3. példakérdés:
Egy hőerőgép 300 ° C hőmérsékleten 600 Joule hőt (Q) vesz fel , 100 ° C hőmérsékleten munkát végez és bizonyos mennyiségű hőt ad le. Határozza meg a leadott hőmennyiséget és a teljes entrópiaváltozást a motorban egy ciklus alatt...
Vita
T H = 300 K
QH = 600 J
T L = 100 K
Q L = ?
Egy Carnot-motor egy ciklus alatt két megfordítható izotermikus folyamaton (izotermikus expanzió + izotermikus kompresszió) és két megfordítható adiabatikus folyamaton (adiabatikus expanzió és adiabatikus kompresszió) megy keresztül. Az adiabatikus expanzió és kompresszió során nem jut be és nem távozik hő a rendszerből (Q = 0). Mivel Q = 0, az entrópiaváltozás az adiabatikus folyamat során = 0.
Izotermikus tágulás során a motor 600 J hőt (Q) nyel el 300 K hőmérsékleten (T). Mivel a motor hőt nyel el, Q pozitív. A motor entrópiájának változása izotermikus tágulás során:
Izotermikus kompresszió során a motor 200 J hőt (Q) vesz le 100 K hőmérsékleten (T). Mivel a motor hőt vesz fel, Q negatív előjelű. A motor entrópiájának változása izotermikus kompresszió során:
Teljes entrópiaváltozás = 2 J/K - 2 J/K = 0
A 2. és 3. példakérdésből úgy tűnik, hogy egy megfordítható folyamat teljes entrópiaváltozása = 0. Más szóval, egy megfordítható folyamatban a teljes entrópia mindig állandó.
4. példakérdés:
Egy 2 kg-os jégkocka hőmérséklete 0 ° C. A jégkockát egy edénybe helyezzük, és napfénynek tesszük ki. A levegőből és a napból származó többlethő hatására a jég megolvad. Határozza meg a jég entrópiaváltozását. (A víz olvadáshője = 3,34 x 105 J /kg)
Vita
A jég tömege = 2 kg
Jéghőmérséklet = 0 ° C + 273 = 273 K
A víz olvadáshője = 3,34 x 10 5 J/kg
2 kg jég vízzé olvadásához szükséges hőmennyiség:
Q = ml
Q = (2 kg)(3,34 × 10⁻¹ J /kg)
Q = 6,68 × 10⁻¹⁶ J
Q = 668 × 10⁻¹⁶ J
Az olvadási folyamat (jégből vízzé válás) során a hőmérséklet állandó. Mivel a hőmérséklet állandó, kiszámítható a jég entrópiájának változása.
5. példakérdés:
Egy pohár 26 ° C -os vizet összekeverünk egy pohár 22 ° C-os vízzel. Ha a pohárban lévő víz tömege = 2 kg, határozd meg a víz entrópiaváltozását. Tegyük fel, hogy a forró és a hideg víz egy zárt, jól szigetelt tartályban keveredik. A hőátadás irreverzibilis folyamat.
Vita
A víz fajhője (c) = 4180 J/kg C₂o
A víz tömege = 2 kg (ugyanannyi víz tömege).
Mivel a víz tömege azonos, a keverék végső hőmérséklete = 24 ° C (26 ° C + 22 ° C / 2 = 48 ° C / 2 = 24 ° C).
A meleg víz által felszabaduló hőmennyiség, amikor a hőmérséklete 26 ° C-ról 24 ° C-ra csökken:
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
A hideg víz által elnyelt hőmennyiség, amikor a hőmérséklete 22 °C-ról 24 °C-ra emelkedik:
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
Teljes entrópiaváltozás = Meleg víz entrópiaváltozása + hideg víz entrópiaváltozása
A melegvíz átlaghőmérséklete = (26 ° C + 24 ° C) / 2 = 50 ° C / 2 = 25 ° C ‐‐‐‐ 25 + 273 = 298 K
A hideg víz átlaghőmérséklete = (22 ° C + 24 ° C) / 2 = 46 ° C / 2 = 23 ° C ‐‐‐‐ 23 + 273 = 296 K
A forró víz hőt bocsát ki, tehát Q negatív. Fordítva, a hideg víz hőt nyel el, tehát Q pozitív. Ne feledd a Q előjel konvenciót (a termodinamika első főtétele).
ΔS Összesen = ΔS melegvíz + ΔS hidegvíz
Δ S összesen = ‐ 56 107 J/K + 56 486 J/K
ΔS Összesen = 0,379 J/K
A teljes entrópia 0,379 J/K-vel nő.
Bár a rendszer egyes részeinek entrópiája csökken (‐56,107 J/K), a rendszer egyes részeinek entrópiája nagyobb mértékben nő (+ 56,486 J/K), így a teljes entrópia mindig növekszik (+ 0,379 J/K).
Az összes entrópia növekedése egy irreverzibilis folyamatban nemcsak a fent elemzett meleg és hideg víz keverék közötti hőátadásra vonatkozik, hanem a tudósok által vizsgált összes esetre is. A teljes entrópia mindig állandó marad, ha a folyamat megfordítható. Ha a folyamat irreverzibilis, a teljes entrópia mindig növekszik.
Lényegében a mindennapi életünkben zajló összes természetes folyamat visszafordíthatatlan, így a teljes entrópia elkerülhetetlenül növekszik. Ezt a tényt a következő sorban foglaljuk össze:
Egy irreverzibilis folyamatban a rendszer és a környezetének teljes entrópiája mindig növekszik.
Ez a dőlt betűs mondat a termodinamika második főtételének általános megfogalmazása. A termodinamika második főtétele némileg eltér a fizika többi törvényétől. A fizikai törvényeket általában egyenletekkel (pl. Newton törvényei) vagy megmaradási törvényekkel (pl. az energiamegmaradás törvénye) fejezik ki.
Az entrópia a rendezetlenség mértéke
Az entrópia a rendezetlenség mértékének tekinthető. A termodinamika második főtételének általános megállapításával összefüggésben a rendezetlenség az irreverzibilis folyamatokban hajlamos növekedni. Más szóval, minden irreverzibilis folyamat lényegében rendezetlen állapothoz vezet. A rendezetlenség jelentése itt nem biztos, hogy világos, ezért a mindennapi életben előforduló irreverzibilis folyamatok példáin keresztül fogjuk elmagyarázni.
Fontos megjegyezni, hogy az entrópia fogalmát eredetileg csak az energiaforma-változásokkal és az energiaátadással járó visszafordíthatatlan folyamatokkal társították. Miután elengedik a szárából és szabadon esnek, amíg a talajt nem érik, a mangó soha nem csúszik felfelé. Egy könyv, amelyet meglökünk, majd megállunk, soha nem mozdul vissza felénk. Íme néhány példa az energiaforma-változásokkal és az energia egyik tárgyról a másikra történő átadásával kapcsolatos visszafordíthatatlan folyamatokra. Ezek a folyamatok csak egy irányban zajlanak le, de soha nem az ellenkező irányban. A mangó soha nem csúszik felfelé magától, mert a belső energiája mozgási energiává alakul . Egy könyv soha nem csúszik felénk, mert a súrlódás által termelt hő mozgási energiává alakul.
Az univerzumban lejátszódó visszafordíthatatlan folyamatok nemcsak az energiaformák és az energiaátadás változásaihoz kapcsolódnak. Születésünk után csecsemőkké, gyermekekké, tinédzserekké, felnőttekké cseperedünk, majd megöregedünk és elsorvadunk, és végül meghalunk 😉 Láttál már idős embert babává változni? Soha… A mobiltelefonunk idővel unalmassá és megsérül… Egy új autó, ami kezdetben sima és erős volt, néhány év használat után kevésbé simán és gyengén működik. Láttál már egy régi autót hirtelen újra megújulni? Vagy a kedvenc mobiltelefonod minden nap simább és jobb lesz? Soha… Használat után a mobiltelefon unalmassá és megsérül. Az autók is ugyanígy… Íme néhány példa az olyan visszafordíthatatlan folyamatokra, amelyeknek semmi közük az energiaformák és az energiaátadás változásaihoz…. Most, miután felismertük, hogy az univerzumban lejátszódó összes természetes folyamat visszafordíthatatlan, az entrópia fogalma kiszélesedik. A vita nemcsak a termodinamikai folyamatokat öleli fel, hanem számos más visszafordíthatatlan folyamatot is magában foglal az univerzumban.
Most beszéljünk néhány, a mindennapi életben előforduló, visszafordíthatatlan folyamatról. Először is, vegyünk egy egyszerű, visszafordíthatatlan folyamatot. Ez csak egy bevezetés, hogy megértsük az entrópia fogalmát és annak kapcsolatát az visszafordíthatatlan folyamatokkal.
Például tegyük fel, hogy van néhány piros és kék üveggolyód. Az üveggolyók egy tartályba vannak helyezve. A kék üveggolyók szépen elrendezve alul, míg a piros üveggolyók szépen elrendezve felül (bal oldali kép). Az üveggolyók elrendezése a tartályban nagyon rendezettnek tűnik… Az alja teljesen kék, a teteje teljesen piros.
Ezután fel-le rázod vagy rázod az edényt. Mivel az edényt fel-le mozgatod, az üveggolyók kezdetben nagyon szabályos elrendezése ismét szabálytalanná válik (jobb oldali kép). A piros és kék üveggolyók összekeverednek 😉 Minél jobban rázod, az üveggolyók elrendezése egyre szabálytalanabbá válik… Lehetséges, hogy a rázogatás után az üveggolyók elrendezése ismét szabályossá válik? Lehetetlen… Kérlek, bizonyítsd be, ha nem hiszed. Lehetetlen, hogy az üveggolyók ismét szabályossá váljanak… Ez egy példa egy visszafordíthatatlan folyamatra. Egy visszafordíthatatlan folyamat után az üveggolyók kezdetben nagyon szabályos elrendezése szabálytalanná válik. A szabályosság szabálytalanná változott…
Ugyanez történik más irreverzibilis folyamatokban is. Amikor egy forró és egy hideg tárgyat megérintünk, a hő automatikusan áramlik a forró tárgyról a hideg tárgyra… A hőáramlás megszűnik, miután a két érintkező tárgy eléri az azonos hőmérsékletet. Ez a folyamat irreverzibilis… Nos, kezdetben kétféle molekulaelrendezéssel rendelkezünk, nevezetesen olyan molekulákkal, amelyek nagy átlagos mozgási energiával rendelkeznek (a forró tárgyat alkotó molekulák) és olyan molekulákkal, amelyek kis átlagos mozgási energiával rendelkeznek (a hideg tárgyat alkotó molekulák). Miután a forró és a hideg tárgy eléri az azonos hőmérsékletet (a molekulák azonos átlagos mozgási energiával rendelkeznek), már nem tudjuk megkülönböztetni a molekulák kétféle elrendeződését. A molekulák kezdetben szabályos elrendeződése szabálytalanná válik. Hasonlóan a fenti üveggolyók elrendezéséhez… Miután a két tárgy eléri az azonos hőmérsékletet, a molekulák szabályos elrendeződése szabálytalanná válik (a szabálytalanság a hő irreverzibilis átadása miatt növekszik).
Továbbá a hő áramlása egy forró tárgytól egy hideg tárgyig úgy tekinthető, mint a hő áramlása egy magas hőmérsékletű régióból egy alacsony hőmérsékletű régióba egy hőerőgépben. A hő áramlása egy magas hőmérsékletű régióból egy alacsony hőmérsékletű régióba lehetővé teszi a hőerőgép számára a munka elvégzését. A hőerőgép nem tud munkát végezni hőáramlás nélkül. Így összefüggést állapíthatunk meg a rendezetlenség nagysága és a munkavégző képesség között. Ugyanazon hőmérséklet elérése után nincs több hőáramlás a forró tárgytól a hideg tárgyig (a rendezetlenség fokozódik). Mivel a hőáramlás hiánya megakadályozza a hőerőgépet a munka elvégzésében, azt mondhatjuk, hogy egy olyan rendszer, amely nem tud munkát végezni, nagy rendezetlenséggel rendelkezik, míg egy olyan rendszer, amely képes munkát végezni, alacsony rendezetlenséggel rendelkezik...
Ezekből az eredményekből következtetéseket vonhatunk le az energiaformák és a rendezetlenség mértéke közötti kapcsolatról. Alapvetően az az energiaforma, amely munkavégzésre használható, a helyzeti energia. A víz gravitációs helyzeti energiája turbina mozgatására használható. Az olaj kémiai helyzeti energiája jármű mozgatására használható. Testünk kémiai helyzeti energiája felhasználható munkavégzésre, utazásra, tanulásra… Egy mangó gravitációs helyzeti energiája felhasználható egy ház tetején lévő szivárgás javítására 😉 Mivel a hasznos energiaformák munkavégzésre használhatók, azt mondhatjuk, hogy a hasznos energiaformák rendezettebbek, míg a haszontalan energiaformák rendezetlenebbek. A haszontalan energiaformák a belső energia és a hő… Miután a mangó földet ért, soha többé nem csúszik felfelé, mert a belső energia mozgási energiává alakul…
Miután meglökjük a könyvet, a könyv elmozdul. A súrlódás miatt a könyv megáll… Ebben az esetben a könyv mozgási energiája hővé alakult (a hő súrlódás miatt keletkezik). A valóságban a könyv még mindig nem csúszik vissza felénk, mert a hő mozgási energiává változott… Ez a két példa azt mutatja, hogy a hő két haszontalan energiaforma. A haszontalan energiaformák nem használhatók munkavégzésre. Így azt mondhatjuk, hogy a hő és a belső energia nagyfokú szabálytalansággal rendelkezik…
Alapvetően az energiaforma megváltoztatásának folyamata, egy hasznos energiaformából egy haszontalan energiaformába való átmenet, mindig növeli a rendezetlenséget… A szlengben az entrópia mindig növekszik az energiaforma változásának folyamata során… Mivel az entrópia mindig növekszik az idő múlásával, minden hasznos energiaforma haszontalan formává alakul. Az energia mindig megmarad az energiaforma változásának folyamatában, de az energiaforma, amely rendezett és munkavégzésre használható, szabálytalan formává alakul, és nem használható munkavégzésre…
Entrópia és statisztika
Korábban arról beszéltünk, hogy az entrópia a rendezetlenség mértéke. Minden irreverzibilis folyamat lényegében magas rendezetlenségű állapothoz vezet. Ez az elképzelés elvontnak és homályosnak tűnhet. Az entrópia fogalmának jobb megértéséhez statisztikai megközelítést alkalmazhatunk. Az entrópia fogalmának statisztikai megközelítéssel történő megértését először Ludwig Boltzmann (1844–1906) alkalmazta.
A cikk elején kifejtettük, hogy az entrópia egy olyan mennyiség, amely egy rendszer mikroszkopikus állapotát írja le. A makroszkopikus állapotokat leíró mennyiségek közvetlenül megismerhetők, de a mikroszkopikus állapotokat leíró mennyiségek nem. A mikroszkopikus állapot megértéséhez megvizsgálhatjuk a makroszkopikus és a mikroszkopikus állapotok közötti kapcsolatot.
Van egy száz rúpiás érméd? Egy száz rúpiás érmének két oldala van: az egyik oldalon egy Garuda madár, a másikon pedig a 100 rúpia szó látható. Tehát például, ha van négyszáz rúpiád… ha mind a négyszáz rúpiát a földre dobod, öt különböző eredmény lesz egyetlen dobással:
Először a Garuda madár összes képe jelenik meg (4 kép);
Másodszor, 3 kép jelenik meg a Garuda madárról, 1 írás száz rúpiáról (3 kép, 1 írás);
Harmadszor, a Garuda madár 2 képe jelenik meg, 2 szó, száz rúpia (2 kép, 2 szó);
Negyedszer, megjelenik 1 Garuda madár képe, 3 szó, azaz száz rúpia (1 kép, 3 szó);
Ötödször, a „száz rúpia” szavak jelennek meg (4 szó)…
Ezt az öt lehetséges képet vagy írást makroszkopikus állapotoknak nevezzük (makro = nagy). Fordítva, ha a négy érmét képként vagy írásként ábrázoljuk, akkor mikroszkopikus állapotokat állítunk (mikro = kicsi).
Egyetlen dobás során 16 lehetséges mikroszkopikus állapot lehetséges (mindegyik érmének két esélye van. Négy érmének 16 esélye van = 2 x 2 x 2 x 2 = 2 4 = 16). A legnagyobb valószínűség annak, hogy 2 kép és 2 írás jelenik meg (az összesen 16 mikroszkopikus állapotból 6 lehetséges mikroszkopikus állapot van - 6/16 x 100% = 37,5%). Másrészt a legkisebb valószínűség annak, hogy 4 kép vagy 4 írás jelenik meg (mindegyiknek 1 lehetséges mikroszkopikus állapota van - 1/16 x 100% = 6,25%). Amiről itt beszélünk, az csak a esély vagy a valószínűség... Ha 16-szor dobunk érméket, nem biztos, hogy 2 kép és 2 írás 6-szor fog megjelenni. De ha ezerszer dobunk érméket, akkor a 2 kép és 2 írás megjelenésének valószínűsége megközelítheti a 37,5%-ot.
Jobb bebizonyítani... Kérlek, dobj fel négyszáz rúpiát 100-szor (1000-szer, ha tudod 😉). Jegyezd fel az egyetlen dobással kapott adatokat... Miután 100-szor feldobtad az érméket, azt tapasztalod, hogy 2 kép és 2 írás jelenik meg leggyakrabban. Minél több a dobások száma, annál inkább a 2 kép és 2 írás valószínűsége közelíti a dobások teljes számának 37,5%-át.
Korábban csak 4 érmét vizsgáltunk. Ha növeljük az érmék számát, akkor a mikroszkopikus állapotok száma is növekszik. Például van 100 érménk… Egy dobásnál 2 x 100 = 1,27 x 1030 lehetséges mikroszkopikus állapot van… A legnagyobb valószínűség annak, hogy 50 kép és 50 írás jelenik meg (az összesen 1,27 x 1030 mikroszkopikus állapotból 1,01 x 1029 lehetséges mikroszkopikus állapot van). Fordítva, a legkisebb valószínűség annak, hogy 100 kép vagy 100 írás jelenik meg (mindegyiknek csak 1 lehetséges mikroszkopikus állapota van az összesen 1,27 x 1030 mikroszkopikus állapotból). Nagyon kicsi és szinte lehetetlen… Ha 1000 érménk van, akkor 1000 kép vagy 1000 írás megjelenésének valószínűsége természetesen még kisebb és egyre lehetetlenebb.
Hogy ezt az entrópia fogalmához kapcsoljuk, feltételezhetjük, hogy az összes kép vagy az összes szöveg rendezett elrendezésben helyezkedik el, míg a képek fele és a szöveg fele szabálytalan elrendezésben. Minél nagyobb az érmék száma, annál kisebb a rendezett elrendezés (az összes kép vagy az összes szöveg) valószínűsége vagy esélye, és ez szinte lehetetlenné válik. Fordítva, a szabálytalan elrendezés (a képek fele és a szöveg fele) sokkal nagyobb valószínűséggel vagy eséllyel rendelkezik. Ebből az eredményből úgy tűnik, hogy a szabálytalanság szorosan összefügg a valószínűséggel. A legvalószínűbb állapot a szabálytalan állapot, míg a legvalószínűtlenebb állapot a rendezett állapot.
A termodinamika második főtételének általános megállapítása, amelyet korábban tárgyaltunk, kimondja, hogy az entrópia, vagy rendezetlenség, minden irreverzibilis folyamatban növekszik. A termodinamika második főtételének ez az állítása valószínűségi állításként is értelmezhető. Ez azt jelenti, hogy a világegyetemben zajló minden folyamatnak a legnagyobb a valószínűsége vagy lehetősége. A termodinamika második főtétele nem tiltja az entrópia csökkenését minden irreverzibilis folyamatban, de a valószínűség nagyon kicsi, sőt szinte lehetetlen. Ezzel szemben az entrópia növekedésének sokkal nagyobb a valószínűsége. A korábban figyelembe vett fillérek száma mindössze 100 volt... a valóságban egy molban 6,02 x 1023 molekula található ... ez egy nagyon nagy szám. Ennek a számnak a lehetséges mikroszkopikus állapotai természetesen nagyon nagyok, így a rendezettség valószínűsége nagyon kicsi, szinte lehetetlen...
Ha leejtünk egy poharat a földre, a szétszórt üvegszilánkok újra összegyűlhetnek, és egy egész poharat alkothatnak, mint korábban. De ennek az esélye olyan kicsi, hogy lehetetlen... amikor az üveg még ép, a molekulák helyzete rendezettebb. Amikor az üveg addig esik, amíg el nem törik, és az üvegszilánkok a földre szóródva szétszóródnak, a molekulák helyzete rendezetlenné válik. Annak az esélye, hogy visszatérjenek a rendezett helyzetbe, olyan kicsi, hogy lehetetlen elvárni, hogy az üvegmolekulák újra összegyűljenek. Ha egy forró és egy hideg tárgyat érintünk, a hő magától áramlik a forró tárgyról a hideg tárgyra... a forró tárgyak molekulái véletlenszerűen és gyorsan mozognak, ezzel szemben a hideg tárgyakat alkotó molekulák mozgása nem túl gyors. Annak az esélye, hogy ezek a gyorsan mozgó molekulák egymásnak ütköznek, vagy átkerülnek a hideg tárgyra, sokkal nagyobb, mint a lassan mozgó molekuláké... aki gyors, az érti 😉 a hő átjuthat egy hideg tárgyról egy forró tárgyra, de ennek az esélye sokkal kisebb.
A fenti ábrán látható kék és piros golyók visszatérhetnek eredeti, szabályos elrendezésükbe. De a rendezett elrendeződéshez való visszatérés esélye sokkal kisebb. Egy rendezetlen elrendeződéshez sokkal nagyobb az esély. Hasonlóképpen a gáz szabad tágulásával egy zárt tartályban. A tartálynak két kamrája van, ahol a két kamrát egy gát választja el. Kezdetben a gáz a bal kamrában van. Amikor a gátat eltávolítják, a gázmolekulák áthaladnak a jobb kamrába. A jobb kamra üres, míg a bal kamra véletlenszerűen mozgó molekulákat tartalmaz. Amikor a gátat eltávolítják, a molekuláknak nagy esélyük van arra, hogy átjussanak az üres kamrába. Miután a molekulák kitöltik a kétkamrás tartály teljes térfogatát, lehetséges, hogy az összes molekula ismét kitöltse a bal kamrát? Lehetséges, de a valószínűsége nagyon kicsi. Csak egyetlen mólban 6,02 x 1023 molekula van ... annak a valószínűsége, hogy az összes molekula a bal kamrában van, 1 a millióhoz. Az egy a millióhoz nagyon kicsi esély és szinte lehetetlen...
A termodinamika második főtétele kimondja, hogy az univerzumban végbemenő minden folyamat a legvalószínűbb folyamat. Azt, hogy egy természetben egy folyamat merre halad (a magasabb entrópia felé), a véletlen vagy a valószínűség határozza meg… a rendezetlenségnek sokkal nagyobb a valószínűsége, és ezért nagyobb a valószínűsége annak is…
Entrópia = az idő nyila
Az entrópiát az idő nyílának is nevezik, mert megmutatja az idő múlásának irányát. Minden természetes folyamat iránya a rendezetlenség felé mutat. Ha az ellenkezőjét figyeljük meg, azaz egy rendezetlen állapot spontán módon renddé alakul, azt mondhatjuk, hogy az esemény megfordult. Ha azt látjuk, hogy a padlón szétszórt üvegszilánkok ismét összegyűlnek, és ismét egy egész poharat alkotnak, azt mondhatjuk, hogy az esemény megfordult. Ez soha nem történik meg a mindennapi életünkben, és ha mégis megtörténne, az megsértené a termodinamika második főtételét. Ebben az esetben az idő soha nem halad visszafelé, és a rendezetlenség soha nem alakul spontán renddé. Az életünkben a legvalószínűbb és legállandóbb esemény az, hogy a rend mindig a rendezetlenség felé halad; az idő mindig előre halad, nem hátra. Ha egy idős ember csecsemővé változik, ezt abnormálisnak és a termodinamika második főtételének megsértésének tekintenénk.
