Entropijos materija
Ankstesnėje diskusijoje nagrinėjome kelis konkrečius antrojo termodinamikos dėsnio teiginius. Reikėtų pažymėti, kad šie konkretūs teiginiai gali paaiškinti tik tam tikrus negrįžtamus procesus. Klausijaus teiginys paaiškina tik šilumos perdavimą ir jo ryšį su šaldytuvų veikimo principu. Kelvino ir Planko teiginiai yra susiję su šiluminių variklių veikimo principu . Iš esmės šie du teiginiai yra susiję su šilumos perdavimu. Yra daug kitų negrįžtamų procesų, kurių negalima paaiškinti naudojant šiuos du teiginius.
Konkretus antrojo termodinamikos dėsnio teiginys negali paaiškinti visų negrįžtamų procesų, todėl mums reikia bendresnio teiginio. Tikimasi, kad šis bendras teiginys paaiškins visus negrįžtamus procesus, vykstančius visatoje. Bendras antrojo termodinamikos dėsnio teiginys buvo suformuluotas tik XIX amžiaus viduryje, per dydį, vadinamą entropija (S). Entropiją galima laikyti netvarkos matu. Entropijos dydį pirmą kartą pristatė Klausijus, ir jis buvo išvestas iš Karno ciklo (tobulo šiluminio variklio). Pasak Klausijaus, sistemos patiriamo entropijos pokyčio dydis, kai sistema gauna papildomos šilumos (Q) esant pastoviai temperatūrai, išreiškiamas lygtimi:
Entropija yra dydis, apibūdinantis sistemos mikroskopinę būseną ir todėl negali būti tiesiogiai išmatuotas. Mes nagrinėjame tik entropijos pokytį. Tai panašu į energijos pokytį pirmajame termodinamikos dėsnyje.
1 klausimo pavyzdys:
Dujų kiekis inde plečiasi adiabatiškai. Koks yra dujų entropijos pokytis?
Pembahasanas
Adiabatinio proceso metu į sistemą (dujas) nepatenka ir iš jos neišeina šiluma . Kadangi Q = 0, ΔS = 0. Sistemos entropija išlieka pastovi. O kaip dėl adiabatinio suspaudimo? Jis iš esmės tas pats. Adiabatinio suspaudimo metu į sistemą (Q = 0) nepatenka ir iš jos neišeina šiluma. Todėl sistemos entropija yra pastovi.
2 klausimo pavyzdys:
Karno variklis, esant 500 K temperatūrai, gauna 2000 J šilumos, atlieka darbą ir atstumia tam tikrą šilumos kiekį, esant 350 K temperatūrai. Nustatykite atstumiamos šilumos kiekį ir bendrą variklio entropijos pokytį per vieną ciklą.
Pembahasanas
Jei sistema gauna šilumą, Q yra teigiamas, jei sistema išskiria šilumą, Q yra neigiamas. Šiuo atveju sistema yra Karno variklis.
Vieno ciklo metu Karno variklis patiria du grįžtamuosius izoterminius procesus (izoterminis plėtimasis + izoterminis suspaudimas) ir du grįžtamuosius adiabatinius procesus (adiabatinį plėtimąsi ir adiabatinį suspaudimą). Adiabatinio plėtimosi ir suspaudimo procesų metu į sistemą nepatenka ir iš jos neišeina šiluma (Q = 0). Kadangi Q = 0, entropijos pokytis adiabatinio proceso metu = 0.
Izoterminio plėtimosi metu variklis sugeria 2000 J šilumos (Q), kai temperatūra (T) yra 500 K. Kadangi variklis sugeria šilumą, Q yra teigiamas. Variklio entropijos pokytis izoterminio plėtimosi metu yra:
Izoterminio suspaudimo metu variklis, esant 350 K temperatūrai (T), praleidžia 1400 J šilumos (Q). Kadangi variklis praleidžia šilumą, Q turi neigiamą ženklą. Variklio entropijos pokytis izoterminio suspaudimo metu yra:
Bendras entropijos pokytis = 4 J/K - 4 J/K = 0
3 klausimo pavyzdys:
Šiluminis variklis, esant 300 ° C temperatūrai, gauna 600 džaulių šilumos (Q) , atlieka darbą ir atiduoda tam tikrą šilumos kiekį, esant 100 ° C temperatūrai. Nustatykite atstumto šilumos kiekį ir bendrą variklio entropijos pokytį per vieną ciklą...
Pembahasanas
Temperatūra H = 300 K
QH = 600 J
T L = 100 K
Q L = ?
Vieno ciklo metu Karno variklis patiria du grįžtamuosius izoterminius procesus (izoterminis plėtimasis + izoterminis suspaudimas) ir du grįžtamuosius adiabatinius procesus (adiabatinį plėtimąsi ir adiabatinį suspaudimą). Adiabatinio plėtimosi ir suspaudimo procesų metu į sistemą nepatenka ir iš jos neišeina šiluma (Q = 0). Kadangi Q = 0, entropijos pokytis adiabatinio proceso metu = 0.
Izoterminio plėtimosi metu variklis sugeria 600 J šilumos (Q), kai temperatūra (T) yra 300 K. Kadangi variklis sugeria šilumą, Q yra teigiamas. Variklio entropijos pokytis izoterminio plėtimosi metu yra:
Izoterminio suspaudimo metu variklis, esant 100 K temperatūrai (T), praleidžia 200 J šilumos (Q). Kadangi variklis praleidžia šilumą, Q turi neigiamą ženklą. Variklio entropijos pokytis izoterminio suspaudimo metu yra:
Bendras entropijos pokytis = 2 J/K - 2 J/K = 0
Iš 2 ir 3 pavyzdinių klausimų matyti, kad grįžtamojo proceso bendras entropijos pokytis = 0. Kitaip tariant, grįžtamajame procese bendra entropija visada yra pastovi.
4 klausimo pavyzdys:
2 kg ledo kubelio temperatūra yra 0 ° C. Ledo kubelis dedamas į indą ir paliekamas saulės šviesoje. Dėl papildomos šilumos iš oro ir saulės ledas ištirpsta. Nustatykite ledo entropijos pokytį. (Vandens lydymosi šiluma = 3,34 x 105 J /kg)
Pembahasanas
Ledo masė = 2 kg
Ledo temperatūra = 0 ° C + 273 = 273 K
Vandens lydymosi šiluma = 3,34 x 10⁻⁶ J/kg
Šiluma, reikalinga 2 kg ledo ištirpdyti vandenyje:
Q = ml
Q = (2 kg) (3,34 x 10⁻¹ J /kg)
Q = 6,68 × 10⁻¹⁶ J
Q = 668 × 10⁻¹⁶ J
Lydymosi proceso (ledo virtimo vandeniu) metu temperatūra yra pastovi. Kadangi temperatūra yra pastovi, apskaičiuojamas ledo entropijos pokytis.
5 klausimo pavyzdys:
Stiklinė 26 ° C temperatūros vandens sumaišoma su stikline 22 ° C temperatūros vandens. Jei vandens masė stiklinėje = 2 kg, nustatykite vandens entropijos pokytį. Tarkime, kad karštas ir šaltas vanduo sumaišomi uždarame, gerai izoliuotame inde. Šilumos perdavimas yra negrįžtamas procesas.
Pembahasanas
Vandens savitoji šiluma (c) = 4180 J/kg C₂O
Vandens masė = 2 kg (ta pati vandens masė).
Kadangi vandens masė yra tokia pati, galutinė mišinio temperatūra = 24 ° C (26 ° C + 22 ° C / 2 = 48 ° C / 2 = 24 ° C).
Karšto vandens išskiriamas šilumos kiekis, kai jo temperatūra nukrenta nuo 26 ° C iki 24 ° C:
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
Šilumos kiekis, kurį sugeria šaltas vanduo, kai jo temperatūra pakyla nuo 22 °C iki 24 °C:
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
Bendras entropijos pokytis = karšto vandens entropijos pokytis + šalto vandens entropijos pokytis
Vidutinė karšto vandens temperatūra = (26 ° C + 24 ° C) / 2 = 50 ° C / 2 = 25 ° C ‐‐‐‐ 25 + 273 = 298 K
Vidutinė šalto vandens temperatūra = (22 ° C + 24 ° C) / 2 = 46 ° C / 2 = 23 ° C 23 + 273 = 296 K
Karštas vanduo išskiria šilumą, todėl Q yra neigiamas. Priešingai, šaltas vanduo sugeria šilumą, todėl Q yra teigiamas. Prisiminkite Q ženklo konvenciją (pirmasis termodinamikos dėsnis).
ΔS Iš viso = ΔS karštas vanduo + ΔS šaltas vanduo
Δ S iš viso = ‐ 56 107 J/K + 56 486 J/K
ΔS Iš viso = 0,379 J/K
Bendra entropija padidėja 0,379 J/K
Nors kai kurių sistemos dalių entropija sumažėja (‐56,107 J/K), kai kurių sistemos dalių entropija padidėja didesniu kiekiu (+ 56,486 J/K), todėl bendra entropija visada didėja (+ 0,379 J/K).
Bendrosios entropijos padidėjimas negrįžtamajame procese taikomas ne tik šilumos perdavimui tarp karšto ir šalto vandens mišinio, kurį analizavome aukščiau, bet ir visais mokslininkų tirtais atvejais. Bendroji entropija visada išlieka pastovi, jei procesas yra grįžtamasis. Jei procesas yra negrįžtamasis, bendra entropija visada didėja.
Iš esmės visi natūralūs procesai mūsų kasdieniame gyvenime yra negrįžtami, todėl bendra entropija neišvengiamai didėja. Šis faktas apibendrinamas šia eilute:
Negrįžtamo proceso metu bendra sistemos ir ją supančios aplinkos entropija visada didėja.
Šis kursyvu pažymėtas sakinys yra bendras antrojo termodinamikos dėsnio teiginys. Antrasis termodinamikos dėsnis šiek tiek skiriasi nuo kitų fizikos dėsnių. Paprastai fizikos dėsniai išreiškiami lygtimis (pvz., Niutono dėsniai) arba kaip tvermės dėsniai (pvz., energijos tvermės dėsnis).
Entropija yra netvarkos matas
Entropiją galima laikyti netvarkos matu. Remiantis bendru antrojo termodinamikos dėsnio teiginiu, netvarka linkusi didėti negrįžtamuose procesuose. Kitaip tariant, kiekvienas negrįžtamas procesas iš esmės veda prie netvarkos būsenos. Netvarkos reikšmė čia gali būti neaiški, todėl ji bus paaiškinta pateikiant negrįžtamų procesų, vykstančių kasdieniame gyvenime, pavyzdžius.
Svarbu pažymėti, kad entropijos sąvoka iš pradžių buvo siejama tik su negrįžtamaisiais procesais, susijusiais su energijos formos pokyčiais ir energijos perdavimu. Paleistas nuo stiebo ir laisvai krintantis, kol atsitrenkia į žemę, mangas niekada neslysta aukštyn. Knyga, kurią stumiame ir tada sustojame, niekada nejuda atgal link mūsų. Tai yra keli negrįžtamųjų procesų, susijusių su energijos formos pokyčiais ir energijos perdavimu iš vieno objekto į kitą, pavyzdžiai. Šie procesai vyksta tik viena kryptimi, bet niekada priešinga kryptimi. Mangas niekada neslysta aukštyn pats, nes jo vidinė energija paverčiama kinetine energija . Knyga niekada neslysta link mūsų, nes trinties susidariusi šiluma paverčiama kinetine energija.
Negrįžtami procesai, vykstantys visatoje, susiję ne tik su energijos formų pokyčiais ir energijos perdavimu. Po gimimo mes užaugame kūdikiais, vaikais, paaugliais, suaugusiaisiais, tada senstame ir suyra, o galiausiai mirštame 😉 Ar kada nors matėte seną žmogų virstantį kūdikiu? Niekada… Mūsų naudojamas mobilusis telefonas laikui bėgant tampa atbukęs ir pažeidžiamas… Naujas automobilis, kuris iš pradžių buvo sklandus ir galingas, po kelerių metų naudojimo tampa mažiau sklandus ir silpnas. Ar kada nors matėte seną automobilį, staiga vėl tampantį nauju? Arba jūsų mėgstamiausias mobilusis telefonas kasdien tampa sklandesnis ir geresnis? Niekada… Po naudojimo mobilusis telefonas tampa atbukęs ir pažeidžiamas. Automobiliai yra tokie patys… Tai tik keli negrįžtamų procesų, kurie neturi nieko bendra su energijos formų pokyčiais ir energijos perdavimu, pavyzdžiai…. Dabar, supratus, kad visi natūralūs procesai, vykstantys visatoje, yra negrįžtami, entropijos sąvoka tampa platesnė. Aptariami ne tik termodinaminiai procesai, bet ir daugelis kitų negrįžtamų procesų visatoje.
Dabar aptarkime kai kuriuos negrįžtamus procesus, vykstančius kasdieniame gyvenime. Pirmiausia panagrinėkime paprastą negrįžtamą procesą. Tai tik įvadas, kad suprastumėte entropijos sąvoką ir jos ryšį su negrįžtamais procesais.
Pavyzdžiui, tarkime, kad turite daug raudonų ir mėlynų rutuliukų. Rutuliai sudėti į konteinerį. Mėlyni rutuliukai tvarkingai išdėstyti apačioje, o raudoni rutuliukai – viršuje (kairysis paveikslėlis). Rutuliai išdėstyti konteineryje atrodo labai tvarkingai... Apačia yra mėlyna, viršus – raudona.
Toliau indą reikia purtyti aukštyn ir žemyn. Kadangi indas judinamas aukštyn ir žemyn, rutuliukų išsidėstymas, kuris iš pradžių buvo labai taisyklingas, vėl tampa netaisyklingas (dešinėje). Raudoni ir mėlyni rutuliukai susimaišo 😉 Kuo daugiau jį purtote, tuo rutuliukų išsidėstymas tampa netaisyklingesnis... Ar įmanoma, kad po purtymo rutuliukų išsidėstymas tampa toks pat taisyklingas kaip anksčiau? Tai neįmanoma... Jei netikite, įrodykite tai. Rutuliai negali tapti tokie pat taisyklingi kaip anksčiau... Tai negrįžtamo proceso pavyzdys. Patyrus negrįžtamą procesą, rutuliukų išsidėstymas, kuris iš pradžių buvo labai taisyklingas, pasikeičia ir tampa netaisyklingas. Taisyklingumas virto netaisyklingumu...
Tas pats nutinka ir kituose negrįžtamuose procesuose. Kai paliečiame karštą ir šaltą objektus, šiluma automatiškai pereina iš karšto objekto į šaltą... Šiluma nustoja tekėti, kai du besiliečiantys objektai pasiekia tą pačią temperatūrą. Šis procesas yra negrįžtamas... Na, iš pradžių turime dvi molekulių išsidėstymus, būtent molekules, turinčias didelę vidutinę kinetinę energiją (molekulės, sudarančios karštą objektą), ir molekules, turinčias mažą vidutinę kinetinę energiją (molekulės, sudarančios šaltą objektą). Kai karštas ir šaltas objektas pasiekia tą pačią temperatūrą (molekulės turi tą pačią vidutinę kinetinę energiją), nebegalime atskirti šių dviejų molekulių išsidėstymų. Iš pradžių taisyklingas molekulių išsidėstymas pasikeičia į netaisyklingą. Panašiai kaip aukščiau pavaizduotų rutuliukų išsidėstymas... Kai du objektai pasiekia tą pačią temperatūrą, taisyklingas molekulių išsidėstymas pasikeičia į netaisyklingą (netaisyklingumas padidėja dėl negrįžtamo šilumos perdavimo).
Be to, šilumos srautą iš karšto objekto į šaltą objektą galima laikyti šilumos srautu iš aukštos temperatūros srities į žemos temperatūros sritį šiluminiame variklyje. Šilumos srautas iš aukštos temperatūros srities į žemos temperatūros sritį leidžia šiluminiam varikliui atlikti darbą. Šiluminis variklis negali atlikti darbo be šilumos srauto. Taigi, galime nustatyti ryšį tarp netvarkos dydžio ir gebėjimo atlikti darbą. Pasiekus tą pačią temperatūrą, šilumos srautas iš karšto objekto į šaltą objektą nutrūksta (netvarka padidėja). Kadangi šilumos srauto nebuvimas neleidžia šiluminiam varikliui atlikti darbo, galime teigti, kad sistema, kuri negali atlikti darbo, turi didelį netvarkos lygį, o sistema, kuri gali atlikti darbą, turi mažą netvarkos lygį...
Remiantis šiais rezultatais, galime daryti išvadas apie energijos formų ir netvarkos dydžio ryšį. Iš esmės, energijos forma, kuri gali būti naudojama darbui atlikti, yra potencialinė energija. Vandens gravitacinė potencialinė energija gali būti naudojama turbinai judinti. Naftos cheminė potencialinė energija gali būti naudojama transporto priemonei judinti. Mūsų kūnų cheminė potencialinė energija gali būti naudojama darbui atlikti, kelionėms, mokymuisi... Mango gravitacinė potencialinė energija gali būti panaudota namo stogo nuotėkiui sutaisyti 😉 Kadangi naudingos energijos formos gali būti naudojamos darbui atlikti, galime teigti, kad naudingos energijos formos yra tvarkingesnės, o nenaudingos – netvarkingesnės. Nenaudingos energijos formos yra vidinė energija ir šiluma... Atsitrenkęs į žemę, mangas daugiau niekada neslysta aukštyn, nes vidinė energija paverčiama kinetine energija...
Pastūmus knygą, ji pajuda. Trinties buvimas sustabdo knygos judėjimą... Šiuo atveju knygos kinetinė energija virto šiluma (šiluma atsiranda dėl trinties). Iš tikrųjų knyga, kuri vis dar yra, neslysta atgal link mūsų, nes šiluma virto kinetine energija... Šie du pavyzdžiai rodo, kad šiluma yra dvi nenaudingos energijos formos. Nenaudingos energijos formos negali būti naudojamos darbui atlikti. Taigi, galime teigti, kad šiluma ir vidinė energija pasižymi dideliu netolygumu...
Iš esmės, energijos formos keitimo procesas iš naudingos energijos formos į nenaudingą energijos formą visada didina netvarką... Slengu entropija visada didėja keičiantis energijos formai... Kadangi entropija visada didėja laikui bėgant, visos naudingos energijos formos virsta nenaudingomis formomis. Energija visada išsaugoma keičiant energijos formą, tačiau tvarkinga energijos forma, kuri gali būti naudojama darbui atlikti, pasikeičia į netaisyklingą formą ir negali būti naudojama darbui atlikti...
Entropija ir statistika
Anksčiau aptarėme, kad entropija yra netvarkos matas. Kiekvienas negrįžtamas procesas iš esmės veda prie didelės netvarkos būsenos. Ši idėja gali atrodyti abstrakti ir neaiški. Norėdami geriau suprasti entropijos sąvoką, galime naudoti statistinį metodą. Entropijos sąvokos supratimą taikant statistinį metodą pirmą kartą panaudojo Ludwigas Boltzmannas (1844–1906).
Šio straipsnio pradžioje buvo paaiškinta, kad entropija yra dydis, apibūdinantis sistemos mikroskopinę būseną. Dydžius, apibūdinančius makroskopines būsenas, galima tiesiogiai žinoti, tačiau dydžius, apibūdinančius mikroskopines būsenas, negalima. Norėdami suprasti mikroskopinę būseną, galime išnagrinėti ryšį tarp makroskopinės ir mikroskopinės būsenų.
Ar turite šimto rupijų monetą? Šimto rupijų moneta turi dvi puses: vienoje pusėje pavaizduotas Garudos paukštis, o kitoje – žodis „100 rupijų“. Pavyzdžiui, jei turite keturis šimtus rupijų monetų... jei numesite visas keturis šimtus rupijų monetų ant grindų, vienu metimu bus penki skirtingi rezultatai:
Pirma, pasirodo visi Garudos paukščio atvaizdai (4 paveikslėliai);
Antra, pasirodo 3 Garudos paukščio paveikslėliai, 1 užrašas apie šimtą rupijų (3 paveikslėliai, 1 užrašas);
Trečia, pasirodo 2 Garudos paukščio atvaizdai, 2 žodžiai – šimtas rupijų (2 atvaizdai, 2 žodžiai);
Ketvirta, pasirodo 1 Garudos paukščio atvaizdas, 3 žodžiai – šimtas rupijų (1 atvaizdas, 3 žodžiai);
Penkta, pasirodo žodžiai „šimtas rupijų“ (4 žodžiai)…
Šiuos penkis galimus vaizdus arba raštus vadiname makroskopinėmis būsenomis (makro = didelis). Ir atvirkščiai, jei keturias monetas vaizduojame kaip vaizdus arba raštus, konstatuojame mikroskopines būsenas (mikro = mažas).
Vieno metimo metu galimos 16 mikroskopinių būsenų (kiekviena moneta turi dvi galimybes. Keturios monetos turi 16 galimybių = 2 x 2 x 2 x 2 = 2 4 = 16). Didžiausia tikimybė yra ta, kad atsiras 2 paveikslėliai ir 2 užrašai (iš viso 16 mikroskopinių būsenų galimos 6 mikroskopinės būsenos – 6/16 x 100 % = 37,5 %). Kita vertus, mažiausia tikimybė yra ta, kad atsiras 4 paveikslėliai arba 4 užrašai (kiekvienas turi 1 galimą mikroskopinę būseną – 1/16 x 100 % = 6,25 %). Čia aptariame tik galimybę arba tikimybę... Jei metame monetas 16 kartų, negarantuojama, kad 2 paveikslėliai ir 2 užrašai pasirodys 6 kartus. Tačiau jei metame monetas tūkstančius kartų, 2 paveikslėlių ir 2 užrašų atsiradimo tikimybė gali siekti 37,5 %.
Geriau tai įrodyti... Prašau, meskite keturis šimtus rupijų monetų 100 kartų (1000 kartų, jei galite 😉). Užrašykite vienu metimu gautus duomenis... Metę monetas 100 kartų, pamatysite, kad dažniausiai pasirodo 2 paveikslėliai ir 2 užrašai. Kuo didesnis metimų skaičius, tuo didesnė tikimybė gauti 2 paveikslėlius ir 2 užrašus, artėja prie 37,5 % visų metimų skaičiaus.
Anksčiau nagrinėjome tik 4 monetas. Jei padidinsime monetų skaičių, padidės ir mikroskopinių būsenų skaičius. Pavyzdžiui, turime 100 monetų... Vieno metimo metu yra 2 x 100 = 1,27 x 1030 galimų mikroskopinių būsenų... Didžiausia tikimybė yra ta, kad atsiras 50 paveikslėlių ir 50 užrašų (iš viso yra 1,27 x 1030 galimų mikroskopinių būsenų). Ir atvirkščiai, mažiausia tikimybė yra ta, kad atsiras 100 paveikslėlių arba 100 užrašų (kiekvienas turi tik 1 galimą mikroskopinę būseną iš viso 1,27 x 1030 mikroskopinių būsenų). Labai maža ir beveik neįmanoma... Jei turime 1000 monetų, 1000 paveikslėlių arba 1000 užrašų atsiradimo tikimybė, žinoma, yra dar mažesnė ir vis labiau neįmanoma.
Norėdami tai susieti su entropijos sąvoka, galime daryti prielaidą, kad visi vaizdai arba visas tekstas yra išdėstyti tvarkingai, o pusė vaizdų ir pusė teksto yra išdėstyti netaisyklingai. Kuo didesnis monetų skaičius, tuo mažesnė tikimybė arba tikimybė gauti tvarkingą išdėstymą (visus vaizdus arba visą tekstą) ir tai tampa beveik neįmanoma. Ir atvirkščiai, netaisyklingas išdėstymas (pusė vaizdų ir pusė teksto) turi daug didesnę tikimybę arba galimybę. Iš šio rezultato matyti, kad netaisyklingumas yra glaudžiai susijęs su tikimybe. Labiausiai tikėtina būsena yra netaisyklinga būsena, o mažiausiai tikėtina būsena – tvarkinga būsena.
Bendrasis antrojo termodinamikos dėsnio teiginys, kurį aptarėme anksčiau, teigia, kad entropija, arba netvarka, visada didėja kiekviename negrįžtamame procese. Šį antrojo termodinamikos dėsnio teiginį galima suprasti kaip tikimybės teiginį. Tai reiškia, kad kiekvienas visatoje vykstantis procesas turi didžiausią tikimybę arba galimybę. Antrasis termodinamikos dėsnis nedraudžia entropijos mažėjimo kiekviename negrįžtamame procese, tačiau tikimybė yra labai maža, net beveik neįmanoma. Ir atvirkščiai, entropijos padidėjimo tikimybė yra daug didesnė. Anksčiau nagrinėtas centų skaičius buvo tik 100... iš tikrųjų viename molyje yra 6,02 x 10²⁷ molekulės ... tai labai didelis skaičius. Galimos šio skaičiaus mikroskopinės būsenos, žinoma, yra labai didelės, todėl tvarkos tikimybė yra labai maža, beveik neįmanoma...
Jei numestume stiklinę ant grindų, ant grindų išsibarstę stiklo šukės galėtų vėl susikaupti ir suformuoti visą stiklinę kaip anksčiau. Tačiau tikimybė, kad tai įvyks, yra tokia maža, kad neįmanoma... kai stiklas vis dar nepažeistas, molekulių padėtis yra tvarkingesnė. Kai stiklas krenta tiek, kad sudūžta ir stiklo šukės išsibarsto ant žemės, molekulių padėtis tampa netvarkinga. Tikimybė grįžti į tvarkingą padėtį yra tokia maža, kad tikėtis, jog stiklo molekulės vėl susikaups, neįmanoma. Jei paliesime karštą ir šaltą objektus, šiluma pati savaime tekės iš karšto objekto į šaltą... karštų objektų molekulės juda atsitiktinai ir greitai, kita vertus, šaltų objektų molekulių judėjimas nėra labai greitas. Tikimybė, kad šios greitai judančios molekulės atsitrenks viena į kitą arba pereis į šaltą objektą, yra daug didesnė nei lėtai judančių molekulių tikimybė... kas greitas, tas supranta 😉 šiluma gali judėti iš šalto objekto į karštą objektą, bet tikimybė, kad tai įvyks, yra daug mažesnė.
Aukščiau pateiktoje iliustracijoje mėlyni ir raudoni rutuliukai galėtų grįžti į pradinę, taisyklingą išsidėstymą. Tačiau tikimybė grįžti į tvarkingą išsidėstymą yra daug mažesnė. Netvarkingos išsidėstymo tikimybė yra daug didesnė. Panašiai ir su laisvu dujų plėtimusi uždarame inde. Talpykla turi dvi kameras, kurias skiria barjeras. Iš pradžių dujos yra kairėje kameroje. Pašalinus barjerą, dujų molekulės plūsta į dešinę kamerą. Dešinė kamera yra tuščia, o kairėje kameroje yra atsitiktinai judančių molekulių. Pašalinus barjerą, molekulės turi didelę tikimybę patekti į tuščią kamerą. Ar įmanoma, kad molekulės vėl užpildytų kairę kamerą, kai molekulės užpildo visą indo, kuriame yra dvi kameros, tūrį? Tai įmanoma, bet tikimybė labai maža. Vien viename molyje yra 6,02 x 10²⁷ molekulių ... tikimybė, kad visos molekulės yra kairėje kameroje, yra 1 iš milijono. Viena iš milijono yra labai maža ir beveik neįmanoma...
Antrasis termodinamikos dėsnis teigia, kad kiekvienas visatoje vykstantis procesas yra labiausiai tikėtinas. Gamtoje vykstančio proceso kryptį (aukštesnės entropijos link) lemia atsitiktinumas arba tikimybė... netvarka turi daug didesnę tikimybę, todėl yra labiau tikėtina, kad ji įvyks...
Entropija = laiko rodyklė
Entropija dar vadinama laiko rodykle, nes ji nurodo laiko tėkmės kryptį. Kiekvieno natūralaus proceso kryptis yra netvarkos link. Jei stebime priešingą dalyką, tai yra, pačios netvarkos virsmą tvarka, galime sakyti, kad įvykis yra atvirkštinis. Jei matome ant grindų išsibarsčiusius stiklo šukes, vėl susirenkančias ir vėl sudarančias visą stiklą, galime sakyti, kad įvykis yra atvirkštinis. Tai niekada nevyksta mūsų kasdieniame gyvenime, o jei taip nutiktų, tai pažeistų antrąjį termodinamikos dėsnį. Šiuo atveju laikas niekada nejuda atgal, o netvarka niekada automatiškai nevirsta tvarka. Labiausiai tikėtinas ir nuolatinis reiškinys mūsų gyvenime yra tai, kad tvarka visada juda netvarkos link; laikas visada juda į priekį, o ne atgal. Jei senas žmogus virsta kūdikiu, laikytume tai nenormalu ir antrojo termodinamikos dėsnio pažeidimu.
