Jirim Entropi
Dalam perbincangan sebelumnya, kita telah mengkaji beberapa pernyataan khusus tentang hukum termodinamik kedua. Perlu diingatkan bahawa pernyataan khusus ini hanya boleh menjelaskan proses tak boleh balik tertentu. Pernyataan Clausius hanya menjelaskan pemindahan haba dan hubungannya dengan prinsip kerja peti sejuk. Pernyataan Kelvin dan Planck berkaitan dengan prinsip kerja enjin haba . Pada asasnya, kedua-dua pernyataan ini berkaitan dengan pemindahan haba. Terdapat banyak proses tak boleh balik lain yang tidak dapat dijelaskan menggunakan kedua-dua pernyataan ini.
Pernyataan khusus hukum kedua termodinamik tidak dapat menjelaskan semua proses tak boleh balik, jadi kita memerlukan pernyataan yang lebih umum. Pernyataan umum ini dijangka akan menjelaskan semua proses tak boleh balik yang berlaku di alam semesta. Pernyataan umum hukum kedua termodinamik hanya dirumuskan pada pertengahan abad kesembilan belas, melalui kuantiti yang dipanggil entropi (S). Entropi boleh dianggap sebagai ukuran gangguan. Kuantiti entropi pertama kali diperkenalkan oleh Clausius dan diperoleh daripada kitaran Carnot (enjin haba yang sempurna). Menurut Clausius, magnitud perubahan entropi yang dialami oleh sistem, apabila sistem menerima haba tambahan (Q) pada suhu malar, dinyatakan oleh persamaan:
Entropi ialah kuantiti yang menggambarkan keadaan mikroskopik sesuatu sistem dan oleh itu tidak boleh diukur secara langsung. Kita hanya mengkaji perubahan entropi. Ia serupa dengan perubahan tenaga dalam hukum termodinamik pertama.
Contoh soalan 1:
Sejumlah gas dalam sebuah bekas mengalami pengembangan adiabatik. Apakah perubahan entropi gas tersebut?
Perbincangan
Semasa proses adiabatik, tiada haba yang masuk atau keluar dari sistem (gas). Oleh kerana Q = 0, ΔS = 0. Entropi sistem kekal malar. Bagaimana pula dengan mampatan adiabatik? Pada asasnya ia sama. Semasa mampatan adiabatik, tiada haba yang masuk atau keluar dari sistem (Q = 0). Oleh itu, entropi sistem adalah malar.
Contoh soalan 2:
Sebuah enjin Carnot menerima 2000 J haba pada 500 K, berfungsi dan menolak sejumlah haba pada 350 K. Tentukan jumlah haba yang ditolak dan jumlah perubahan entropi dalam enjin semasa satu kitaran.
Perbincangan
Jika sistem menerima haba, Q adalah positif, jika sistem membebaskan haba, Q adalah negatif. Sistem untuk kes ini ialah enjin Carnot.
Semasa satu kitaran, enjin Carnot menjalani dua proses isoterma boleh balik (pengembangan isoterma + mampatan isoterma) dan dua proses adiabatik boleh balik (pengembangan adiabatik dan mampatan adiabatik). Semasa proses pengembangan dan mampatan adiabatik, tiada haba masuk atau keluar dari sistem (Q = 0). Oleh kerana Q = 0, perubahan entropi semasa proses adiabatik = 0.
Semasa pengembangan isoterma, enjin menyerap 2000 J haba (Q) pada suhu (T) 500 K. Oleh kerana enjin menyerap haba, Q adalah positif. Perubahan entropi enjin semasa pengembangan isoterma ialah:
Semasa mampatan isoterma, enjin menolak 1400 J haba (Q) pada suhu (T) 350 K. Oleh kerana enjin menolak haba, Q mempunyai tanda negatif. Perubahan entropi enjin semasa mampatan isoterma ialah:
Jumlah perubahan entropi = 4 J/K ‐ 4 J/K = 0
Contoh soalan 3:
Sebuah enjin haba menerima 600 Joule haba (Q) pada suhu 300 ° C, berfungsi dan menolak sejumlah haba pada suhu 100 ° C. Tentukan jumlah haba yang ditolak dan jumlah perubahan entropi dalam enjin semasa satu kitaran...
Perbincangan
T = 300 K
QH = 600 J
T L = 100 K
QL =?
Semasa satu kitaran, enjin Carnot menjalani dua proses isoterma boleh balik (pengembangan isoterma + mampatan isoterma) dan dua proses adiabatik boleh balik (pengembangan adiabatik dan mampatan adiabatik). Semasa proses pengembangan dan mampatan adiabatik, tiada haba masuk atau keluar dari sistem (Q = 0). Oleh kerana Q = 0, perubahan entropi semasa proses adiabatik = 0.
Semasa pengembangan isoterma, enjin menyerap 600 J haba (Q) pada suhu (T) 300 K. Oleh kerana enjin menyerap haba, Q adalah positif. Perubahan entropi enjin semasa pengembangan isoterma ialah:
Semasa mampatan isoterma, enjin menolak 200 J haba (Q) pada suhu (T) 100 K. Oleh kerana enjin menolak haba, Q mempunyai tanda negatif. Perubahan entropi enjin semasa mampatan isoterma ialah:
Jumlah perubahan entropi = 2 J/K ‐ 2 J/K = 0
Daripada contoh soalan nombor 2 dan contoh soalan nombor 3, nampaknya perubahan entropi keseluruhan untuk proses boleh balik = 0. Dalam erti kata lain, dalam proses boleh balik, entropi keseluruhan sentiasa malar.
Contoh soalan 4:
Sebuah kiub ais 2 kg mempunyai suhu 0 ° C. Kiub ais itu diletakkan di dalam bekas dan didedahkan kepada cahaya matahari. Disebabkan oleh haba tambahan dari udara dan matahari, ais tersebut cair. Tentukan perubahan entropi ais tersebut. (Haba pelakuran air = 3,34 x 105 J /Kg)
Perbincangan
Jisim ais = 2 kg
Suhu ais = 0 ° C + 273 = 273 K
Haba pelakuran air = 3,34 x 105 J/Kg
Haba yang diperlukan untuk mencairkan 2 kg ais ke dalam air:
Q = mL
Q = (2 kg)(3,34 x 105 J /Kg)
Q = 6,68 x 10 5 J
Q = 668 x 10 3 J
Semasa proses peleburan (ais kepada air), suhu adalah malar. Oleh kerana suhu adalah malar, perubahan entropi ais dikira.
Contoh soalan 5:
Segelas air pada suhu 26 o C dicampurkan dengan segelas air pada suhu 22 o C. Jika jisim air di dalam gelas = 2 kg, tentukan perubahan entropi air tersebut. Andaikan air panas dan air sejuk dicampurkan dalam bekas tertutup yang bertebat baik. Pemindahan haba merupakan proses yang tidak dapat dipulihkan.
Perbincangan
Haba tentu air (c) = 4180 J/Kg C₂o
Jisim air = 2 Kg (jisim air yang sama).
Oleh kerana jisim air adalah sama, suhu akhir campuran = 24 o C (26 o C + 22 o C / 2 = 48 o C / 2 = 24 o C).
Jumlah haba yang dibebaskan oleh air panas apabila suhunya menurun daripada 26 ° C – 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
Jumlah haba yang diserap oleh air sejuk apabila suhunya meningkat daripada 22°C – 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
Perubahan entropi keseluruhan = Perubahan entropi air panas + perubahan entropi air sejuk
Suhu purata air panas = (26 o C + 24 o C) / 2 = 50 o C / 2 = 25 o C ‐‐‐‐ 25 + 273 = 298 K
Suhu purata air sejuk = (22 o C + 24 o C) / 2 = 46 o C / 2 = 23 o C ‐‐‐‐ 23 + 273 = 296 K
Air panas membebaskan haba, jadi Q adalah negatif. Sebaliknya, air sejuk menyerap haba, jadi Q adalah positif. Ingat konvensyen tanda Q (hukum termodinamik pertama).
ΔS Jumlah = ΔS air panas + ΔS air sejuk
Δ S Jumlah = ‐ 56,107 J/K + 56,486 J/K
Jumlah ΔS = 0,379 J/K
Jumlah entropi meningkat sebanyak 0,379 J/K
Walaupun entropi beberapa bahagian sistem berkurangan (‐56,107 J/K), entropi beberapa bahagian sistem meningkat dengan jumlah yang lebih besar (+ 56,486 J/K) supaya jumlah entropi sentiasa meningkat (+ 0,379 J/K).
Peningkatan jumlah entropi dalam proses tak boleh balik bukan sahaja terpakai kepada pemindahan haba antara campuran air panas dan sejuk yang telah kami analisis di atas, tetapi juga terpakai kepada semua kes yang dikaji oleh saintis. Jumlah entropi sentiasa kekal malar jika proses itu boleh diterbalikkan. Jika proses itu tidak boleh diterbalikkan, jumlah entropi sentiasa meningkat.
Pada asasnya, semua proses semula jadi dalam kehidupan seharian kita tidak dapat dipulihkan, jadi jumlah entropi pasti akan meningkat. Fakta ini diringkaskan dalam baris berikut:
Dalam proses yang tidak dapat dipulihkan, jumlah entropi sistem dan persekitaran sentiasa meningkat.
Ayat yang dicondongkan ini merupakan pernyataan umum bagi hukum kedua termodinamik. Hukum kedua termodinamik agak berbeza daripada hukum fizik yang lain. Biasanya, hukum fizik dinyatakan sebagai persamaan (cth., hukum Newton) atau sebagai hukum pemuliharaan (cth., hukum pemuliharaan tenaga).
Entropi ialah ukuran gangguan
Entropi boleh dianggap sebagai ukuran gangguan. Berkaitan dengan pernyataan umum hukum termodinamik kedua, gangguan cenderung meningkat dalam proses yang tidak dapat dipulihkan. Dalam erti kata lain, setiap proses yang tidak dapat dipulihkan pada dasarnya membawa kepada keadaan gangguan. Maksud gangguan di sini mungkin tidak jelas, jadi ia akan dijelaskan menggunakan contoh proses yang tidak dapat dipulihkan yang berlaku dalam kehidupan seharian.
Penting untuk diperhatikan bahawa konsep entropi pada asalnya hanya dikaitkan dengan proses tidak dapat dipulihkan yang melibatkan perubahan dalam bentuk tenaga dan pemindahan tenaga. Selepas dilepaskan dari batangnya dan jatuh bebas sehingga menyentuh tanah, mangga tidak pernah meluncur ke atas. Sebuah buku yang kita tolak dan kemudian berhenti tidak pernah bergerak kembali ke arah kita. Ini adalah beberapa contoh proses tidak dapat dipulihkan yang berkaitan dengan perubahan dalam bentuk tenaga dan pemindahan tenaga dari satu objek ke objek yang lain. Proses ini hanya berlaku dalam satu arah, tetapi tidak pernah ke arah yang bertentangan. Mangga tidak pernah meluncur ke atas dengan sendirinya kerana tenaga dalamannya ditukar menjadi tenaga kinetik . Sebuah buku tidak pernah meluncur ke arah kita kerana haba yang dihasilkan oleh geseran ditukar menjadi tenaga kinetik.
Proses tidak boleh dipulihkan yang berlaku di alam semesta bukan sahaja berkaitan dengan perubahan bentuk tenaga dan pemindahan tenaga. Selepas dilahirkan, kita membesar menjadi bayi, kanak-kanak, remaja, dewasa, kemudian menjadi tua dan reput dan akhirnya mati 😉 Pernahkah anda melihat orang tua bertukar menjadi bayi? Tidak pernah… Telefon bimbit yang kita gunakan menjadi kusam dan rosak dari semasa ke semasa… Kereta baharu yang pada mulanya lancar dan berkuasa menjadi kurang lancar dan lemah selepas anda menggunakannya selama beberapa tahun. Pernahkah anda melihat kereta lama tiba-tiba menjadi baharu semula? Atau telefon bimbit kegemaran anda menjadi lebih lancar dan lebih baik setiap hari? Tidak pernah… Selepas digunakan, telefon bimbit menjadi kusam dan rosak. Kereta adalah sama… Ini adalah beberapa contoh proses tidak boleh dipulihkan yang tidak ada kaitan dengan perubahan bentuk tenaga dan pemindahan tenaga…. Kini, setelah menyedari bahawa semua proses semula jadi yang berlaku di alam semesta tidak boleh dipulihkan, konsep entropi menjadi lebih luas. Perbincangan ini bukan sahaja merangkumi proses termodinamik tetapi juga merangkumi banyak proses tidak boleh dipulihkan lain di alam semesta.
Sekarang mari kita bincangkan beberapa proses tak boleh balik yang berlaku dalam kehidupan seharian. Pertama, mari kita pertimbangkan satu proses tak boleh balik yang mudah. Ini hanyalah pengenalan, supaya anda memahami konsep entropi dan hubungannya dengan proses tak boleh balik.
Contohnya, katakan anda mempunyai beberapa guli merah dan biru. Guli-guli itu diletakkan di dalam sebuah bekas. Guli biru disusun kemas di bahagian bawah, manakala guli merah disusun kemas di bahagian atas (imej kiri). Susunan guli anda di dalam bekas kelihatan sangat teratur… Bahagian bawah semuanya biru, bahagian atas semuanya merah.
Seterusnya, anda goncangkan atau kibaskan bekas itu ke atas dan ke bawah. Oleh kerana bekas itu digerakkan ke atas dan ke bawah, susunan guli yang pada mulanya sangat sekata berubah menjadi tidak sekata semula (gambar kanan). Guli merah dan biru bercampur 😉 Lebih banyak anda goncangkannya, susunan guli menjadi lebih tidak sekata… Adakah mungkin selepas digoncang, susunan guli menjadi sekata seperti sebelumnya? Mustahil… Sila buktikan jika anda tidak mempercayainya. Mustahil guli menjadi sekata seperti sebelumnya… Ini adalah contoh proses yang tidak dapat dipulihkan. Selepas mengalami proses yang tidak dapat dipulihkan, susunan guli yang pada mulanya sangat sekata berubah menjadi tidak sekata. Keteraturan telah berubah menjadi tidak sekata…
Perkara yang sama berlaku dalam proses tak boleh balik yang lain. Apabila kita menyentuh objek panas dan objek sejuk, haba akan mengalir secara automatik dari objek panas ke objek sejuk… Haba berhenti mengalir selepas kedua-dua objek yang bersentuhan mencapai suhu yang sama. Proses ini tidak boleh balik… Pada mulanya kita mempunyai dua susunan molekul, iaitu molekul yang mempunyai tenaga kinetik purata yang besar (molekul yang membentuk objek panas) dan molekul yang mempunyai tenaga kinetik purata yang kecil (molekul yang membentuk objek sejuk). Selepas objek panas dan objek sejuk mencapai suhu yang sama (molekul mempunyai tenaga kinetik purata yang sama), kita tidak lagi dapat membezakan kedua-dua susunan molekul tersebut. Susunan molekul yang pada mulanya sekata berubah menjadi tidak sekata. Sama seperti susunan guli di atas… Selepas kedua-dua objek mencapai suhu yang sama, susunan molekul yang sekata berubah kepada tidak sekata (ketimpangan meningkat disebabkan oleh pemindahan haba yang tidak boleh balik).
Tambahan pula, aliran haba dari objek panas ke objek sejuk boleh dianggap sebagai aliran haba dari kawasan suhu tinggi ke kawasan suhu rendah dalam enjin haba. Aliran haba dari kawasan suhu tinggi ke kawasan suhu rendah membolehkan enjin haba melakukan kerja. Enjin haba tidak boleh melakukan kerja tanpa aliran haba. Oleh itu, kita boleh mewujudkan hubungan antara saiz gangguan dan keupayaan untuk melakukan kerja. Selepas mencapai suhu yang sama, tiada lagi aliran haba dari objek panas ke objek sejuk (gangguan meningkat). Oleh kerana ketiadaan aliran haba menghalang enjin haba daripada melakukan kerja, kita boleh mengatakan bahawa sistem yang tidak boleh melakukan kerja mempunyai gangguan yang tinggi, manakala sistem yang boleh melakukan kerja mempunyai gangguan yang rendah…
Daripada keputusan ini, kita boleh membuat kesimpulan tentang hubungan antara bentuk tenaga dan ukuran gangguan. Pada asasnya, bentuk tenaga yang boleh digunakan untuk melakukan kerja ialah tenaga keupayaan. Tenaga keupayaan graviti air boleh digunakan untuk menggerakkan turbin. Tenaga keupayaan kimia dalam minyak boleh digunakan untuk menggerakkan kenderaan. Tenaga keupayaan kimia dalam badan kita boleh digunakan untuk melakukan kerja, melancong, belajar… Tenaga keupayaan graviti mangga boleh digunakan untuk membaiki kebocoran di bumbung rumah 😉 Oleh kerana bentuk tenaga yang berguna boleh digunakan untuk melakukan kerja, kita boleh mengatakan bahawa bentuk tenaga yang berguna adalah lebih teratur, manakala bentuk tenaga yang tidak berguna adalah lebih tidak teratur. Bentuk tenaga yang tidak berguna ialah tenaga dalaman dan haba… Selepas menghentam tanah, mangga tidak akan meluncur ke atas lagi kerana tenaga dalaman ditukar menjadi tenaga kinetik…
Selepas kita menolak buku itu, buku itu bergerak. Kehadiran geseran membuatkan buku itu berhenti bergerak… Dalam kes ini, tenaga kinetik buku itu telah berubah menjadi haba (haba timbul akibat geseran). Pada hakikatnya, buku yang sedang bergerak itu masih tidak meluncur kembali ke arah kita kerana haba telah berubah menjadi tenaga kinetik… Kedua-dua contoh ini menunjukkan bahawa haba adalah dua bentuk tenaga yang tidak berguna. Bentuk tenaga yang tidak berguna tidak boleh digunakan untuk melakukan kerja. Oleh itu, kita boleh mengatakan bahawa haba dan tenaga dalaman mempunyai ketidakteraturan yang tinggi…
Pada asasnya, proses perubahan bentuk tenaga, daripada bentuk tenaga yang berguna kepada bentuk tenaga yang tidak berguna sentiasa meningkatkan gangguan… Dalam slanga, entropi sentiasa meningkat semasa proses perubahan bentuk tenaga… Oleh kerana entropi sentiasa meningkat dengan peredaran masa, semua bentuk tenaga yang berguna akan berubah menjadi bentuk yang tidak berguna. Tenaga akan sentiasa dipelihara dalam proses perubahan bentuk tenaga, tetapi bentuk tenaga yang teratur dan boleh digunakan untuk melakukan kerja berubah menjadi bentuk yang tidak sekata dan tidak boleh digunakan untuk melakukan kerja…
Entropi dan statistik
Sebelum ini, kita telah membincangkan bahawa entropi adalah ukuran gangguan. Setiap proses yang tidak dapat dipulihkan pada asasnya membawa kepada keadaan gangguan yang tinggi. Idea ini mungkin kelihatan abstrak dan tidak jelas. Untuk lebih memahami konsep entropi, kita boleh menggunakan pendekatan statistik. Memahami konsep entropi menggunakan pendekatan statistik pertama kali digunakan oleh Ludwig Boltzmann (1844–1906).
Pada permulaan artikel ini, telah dijelaskan bahawa entropi ialah kuantiti yang menggambarkan keadaan mikroskopik sesuatu sistem. Kuantiti yang menggambarkan keadaan makroskopik boleh diketahui secara langsung, tetapi kuantiti yang menggambarkan keadaan mikroskopik tidak boleh. Untuk memahami keadaan mikroskopik, kita boleh mengkaji hubungan antara keadaan makroskopik dan mikroskopik.
Adakah anda mempunyai syiling seratus rupiah? Syiling seratus rupiah mempunyai dua sisi: satu sisi menggambarkan burung Garuda dan sisi yang satu lagi menggambarkan perkataan 100 rupiah. Jadi, sebagai contoh, jika anda mempunyai empat ratus syiling rupiah… jika anda melemparkan semua empat ratus syiling ke atas lantai, akan terdapat lima hasil yang berbeza dalam satu lontaran:
Pertama, semua imej burung Garuda muncul (4 imej);
Kedua, 3 gambar burung Garuda muncul, 1 tulisan seratus rupiah (3 gambar, 1 tulisan);
Ketiga, 2 imej burung Garuda muncul, 2 perkataan seratus rupiah (2 imej, 2 perkataan);
Keempat, 1 imej burung Garuda muncul, 3 perkataan seratus rupiah muncul (1 imej, 3 perkataan);
Kelima, perkataan seratus rupiah muncul (4 patah perkataan)…
Kita menggelar lima imej atau tulisan yang mungkin ini sebagai keadaan makroskopik (makro = besar). Sebaliknya, jika kita mewakili empat syiling tersebut sebagai imej atau tulisan, kita menyatakan keadaan mikroskopik (mikro = kecil).
Dalam satu lontaran, terdapat 16 kemungkinan keadaan mikroskopik (Setiap syiling mempunyai dua peluang. Empat syiling mempunyai 16 peluang = 2 x 2 x 2 x 2 = 2 4 = 16). Kebarangkalian terbesar ialah 2 gambar dan 2 tulisan muncul (Terdapat 6 kemungkinan keadaan mikroskopik daripada sejumlah 16 keadaan mikroskopik - 6/16 x 100% = 37,5%). Sebaliknya, kebarangkalian terkecil ialah 4 gambar atau 4 tulisan muncul (Setiap satu mempunyai 1 kemungkinan keadaan mikroskopik - 1/16 x 100% = 6,25%). Apa yang kita bincangkan di sini hanyalah peluang atau kebarangkalian... Jika kita melontar syiling sebanyak 16 kali, tidak pasti bahawa 2 gambar dan 2 tulisan akan muncul sebanyak 6 kali. Tetapi jika kita melontar syiling beribu-ribu kali, kebarangkalian 2 gambar dan 2 tulisan muncul boleh menghampiri 37,5%.
Lebih baik buktikan... Sila lambungkan syiling empat ratus rupiah sebanyak 100 kali (1000 kali jika boleh 😉). Catatkan data yang diperoleh dalam satu lambungan... Selepas melambungkan syiling sebanyak 100 kali, anda akan mendapati bahawa 2 imej dan 2 tulisan paling kerap muncul. Lebih banyak bilangan lambungan, kebarangkalian mendapat 2 imej dan 2 tulisan menghampiri 37,5% daripada jumlah bilangan lambungan.
Sebelum ini kita hanya melihat 4 syiling. Jika kita menambah bilangan syiling, maka bilangan keadaan mikroskopik akan meningkat. Contohnya, kita mempunyai 100 syiling… Dalam satu lambungan, terdapat 2 100 = 1,27 x 10 30 kemungkinan keadaan mikroskopik… Kebarangkalian terbesar ialah 50 gambar dan 50 tulisan akan muncul (Terdapat 1,01 x 10 29 kemungkinan keadaan mikroskopik daripada sejumlah 1,27 x 10 30 keadaan mikroskopik). Sebaliknya, kebarangkalian terkecil ialah 100 gambar atau 100 tulisan akan muncul (Setiap satu hanya mempunyai 1 kemungkinan keadaan mikroskopik daripada sejumlah 1,27 x 10 30 keadaan mikroskopik). Sangat kecil dan hampir mustahil… Jika kita mempunyai 1000 syiling, kebarangkalian 1000 gambar atau 1000 tulisan muncul sudah tentu lebih kecil dan semakin mustahil.
Untuk mengaitkan ini dengan konsep entropi, kita boleh menganggap bahawa semua imej atau semua teks berada dalam susunan yang teratur, manakala separuh imej dan separuh teks berada dalam susunan yang tidak teratur. Semakin banyak bilangan syiling, semakin kecil kebarangkalian atau peluang untuk mendapatkan susunan yang teratur (semua imej atau semua teks), dan ia menjadi hampir mustahil. Sebaliknya, susunan yang tidak teratur (separuh imej dan separuh teks) mempunyai kebarangkalian atau peluang yang jauh lebih besar. Daripada hasil ini, nampaknya ketakteraturan berkait rapat dengan kebarangkalian. Keadaan yang paling mungkin ialah keadaan yang tidak teratur, manakala keadaan yang paling tidak mungkin ialah keadaan yang teratur.
Pernyataan umum hukum termodinamik kedua, yang telah kita bincangkan sebelum ini, menyatakan bahawa entropi, atau gangguan, sentiasa meningkat dalam setiap proses yang tidak dapat dipulihkan. Pernyataan hukum termodinamik kedua ini boleh difahami sebagai pernyataan kebarangkalian. Ini bermakna setiap proses yang berlaku di alam semesta adalah proses yang mempunyai kebarangkalian atau peluang terbesar. Hukum termodinamik kedua tidak melarang penurunan entropi dalam setiap proses yang tidak dapat dipulihkan, tetapi kebarangkaliannya sangat kecil, malah hampir mustahil. Sebaliknya, peningkatan entropi mempunyai kebarangkalian yang jauh lebih besar. Bilangan sen yang kita pertimbangkan sebelum ini hanya 100… pada hakikatnya, terdapat 6,02 x 1023 molekul dalam satu mol … ini adalah nombor yang sangat besar. Keadaan mikroskopik yang mungkin bagi nombor ini sudah tentu sangat besar, jadi kebarangkalian tertib adalah sangat kecil, hampir mustahil…
Jika kita menjatuhkan segelas ke atas lantai, serpihan kaca yang berselerak di atas lantai boleh berkumpul semula dan membentuk keseluruhan gelas seperti sebelumnya. Tetapi kemungkinan perkara ini berlaku adalah sangat kecil sehingga mustahil… apabila gelas masih utuh, kedudukan molekul menjadi lebih teratur. Apabila gelas jatuh sehingga pecah sehingga serpihan kaca berselerak di atas tanah, kedudukan molekul menjadi tidak teratur. Kemungkinan untuk kembali ke kedudukan teratur adalah sangat kecil sehingga mustahil untuk menjangkakan molekul kaca akan berkumpul semula. Jika kita menyentuh objek panas dan objek sejuk, haba akan mengalir dengan sendirinya dari objek panas ke objek sejuk… objek panas mempunyai molekul yang bergerak secara rawak dan cepat, sebaliknya pergerakan molekul yang membentuk objek sejuk tidak begitu pantas. Kemungkinan molekul yang bergerak pantas ini bertembung antara satu sama lain atau bersilang ke objek sejuk adalah jauh lebih besar daripada kemungkinan molekul yang bergerak perlahan… sesiapa yang pantas akan mendapatnya 😉 haba boleh bergerak dari objek sejuk ke objek panas, tetapi kemungkinan perkara ini berlaku adalah jauh lebih kecil.
Guli biru dan merah dalam ilustrasi di atas boleh kembali kepada susunan asal yang sekata. Tetapi peluang untuk kembali kepada susunan yang teratur adalah jauh lebih kecil. Susunan yang tidak teratur mempunyai peluang yang jauh lebih besar. Begitu juga, dengan pengembangan bebas yang dialami oleh gas dalam bekas tertutup. Bekas tersebut mempunyai dua ruang, di mana kedua-dua ruang dipisahkan oleh penghalang. Pada mulanya, gas berada di ruang kiri. Apabila penghalang ditanggalkan, molekul gas akan berpusu-pusu untuk menyeberang ke ruang kanan. Ruang kanan kosong, manakala ruang kiri mengandungi molekul yang bergerak secara rawak. Apabila penghalang ditanggalkan, molekul mempunyai peluang yang besar untuk menyeberang ke ruang kosong. Selepas molekul memenuhi keseluruhan isipadu bekas yang mempunyai dua ruang, adakah mungkin untuk semua molekul mengisi ruang kiri sekali lagi? Ia mungkin, tetapi kebarangkaliannya sangat kecil. Dalam satu mol sahaja, terdapat 6,02 x 1023 molekul ... kebarangkalian semua molekul berada di ruang kiri adalah 1 dalam sejuta kemungkinan. Satu dalam sejuta adalah peluang yang sangat kecil dan hampir mustahil...
Hukum termodinamik kedua memberitahu kita bahawa setiap proses yang berlaku di alam semesta adalah proses yang paling mungkin berlaku. Arah proses dalam alam semula jadi (ke arah entropi yang lebih tinggi) ditentukan oleh kebetulan atau kebarangkalian… gangguan mempunyai kebarangkalian yang lebih besar untuk berlaku dan oleh itu lebih berkemungkinan berlaku…
Entropi = anak panah masa
Entropi juga dipanggil anak panah masa kerana ia memberitahu kita arah masa berlalu. Arah setiap proses semula jadi adalah ke arah gangguan. Jika kita memerhatikan sebaliknya, iaitu gangguan itu sendiri bertukar menjadi tertib, kita boleh mengatakan bahawa peristiwa itu terbalik. Jika kita melihat serpihan kaca yang bertaburan di atas lantai berkumpul semula dan membentuk keseluruhan kaca semula, kita boleh mengatakan bahawa peristiwa itu terbalik. Ini tidak pernah berlaku dalam kehidupan seharian kita, dan jika ia berlaku, ia akan melanggar hukum kedua termodinamik. Dalam kes ini, masa tidak pernah bergerak ke belakang dan gangguan tidak pernah berubah secara automatik menjadi tertib. Kejadian yang paling mungkin dan berterusan dalam hidup kita ialah susunan sentiasa bergerak ke arah gangguan; masa sentiasa bergerak ke hadapan, bukan ke belakang. Jika orang tua bertukar menjadi bayi, kita akan menganggap ini tidak normal dan melanggar hukum kedua termodinamik.
