Materja tal-Entropija
Fid-diskussjoni preċedenti, studjajna diversi dikjarazzjonijiet speċifiċi tat-tieni liġi tat-termodinamika. Ta' min jinnota li dawn id-dikjarazzjonijiet speċifiċi jistgħu jispjegaw biss ċerti proċessi irriversibbli. Id-dikjarazzjoni ta' Clausius tispjega biss it-trasferiment tas-sħana u r-relazzjoni tiegħu mal-prinċipju ta' ħidma tar-refriġeraturi. Id-dikjarazzjonijiet ta' Kelvin u Planck jirrelataw mal-prinċipju ta' ħidma tal-magni tas-sħana . Essenzjalment, dawn iż-żewġ dikjarazzjonijiet jirrelataw mat-trasferiment tas-sħana. Hemm ħafna proċessi irriversibbli oħra li ma jistgħux jiġu spjegati bl-użu ta' dawn iż-żewġ dikjarazzjonijiet.
Id-dikjarazzjoni speċifika tat-tieni liġi tat-termodinamika ma tistax tispjega l-proċessi irriversibbli kollha, għalhekk neħtieġu dikjarazzjoni aktar ġenerali. Din id-dikjarazzjoni ġenerali hija mistennija li tispjega l-proċessi irriversibbli kollha li jseħħu fl-univers. Id-dikjarazzjoni ġenerali tat-tieni liġi tat-termodinamika ġiet ifformulata biss f'nofs is-seklu dsatax, permezz ta' kwantità msejħa entropija (S). L-entropija tista' titqies bħala kejl tad-diżordni. Il-kwantità ta' entropija ġiet introdotta għall-ewwel darba minn Clausius u derivata miċ-ċiklu ta' Carnot (magna tas-sħana perfetta). Skont Clausius, il-kobor tal-bidla fl-entropija esperjenzata minn sistema, meta s-sistema tirċievi sħana addizzjonali (Q) f'temperatura kostanti, hija espressa bl-ekwazzjoni:
L-entropija hija kwantità li tiddeskrivi l-istat mikroskopiku ta' sistema u għalhekk ma tistax titkejjel direttament. Aħna neżaminaw biss il-bidla fl-entropija. Hija simili għall-bidla fl-enerġija fl -ewwel liġi tat-termodinamika.
Eżempju ta' mistoqsija 1:
Kwantità ta' gass f'kontenitur tgħaddi minn espansjoni adjabatika. X'inhi l-bidla fl-entropija tal-gass?
Diskussjoni
Matul proċess adjabatiku, l-ebda sħana ma tidħol jew toħroġ mis-sistema (gass). Peress li Q = 0, Δ S = 0. L-entropija tas-sistema tibqa' kostanti. Xi ngħidu dwar il-kompressjoni adjabatika? Essenzjalment hija l-istess. Matul il-kompressjoni adjabatika, l-ebda sħana ma tidħol jew toħroġ mis-sistema (Q = 0). Għalhekk, l-entropija tas-sistema hija kostanti.
Eżempju ta' mistoqsija 2:
Magna Carnot tirċievi 2000 J ta' sħana f'500 K, tagħmel xogħol u tirrifjuta ċertu ammont ta' sħana f'350 K. Iddetermina l-ammont ta' sħana miċħuda u l-bidla totali fl-entropija fil-magna matul ċiklu wieħed.
Diskussjoni
Jekk is-sistema tirċievi sħana, Q hija pożittiva, jekk is-sistema tirrilaxxa s-sħana, Q hija negattiva. Is-sistema għal dan il-każ hija magna Carnot.
Matul ċiklu wieħed, magna Carnot tgħaddi minn żewġ proċessi iżotermiċi riversibbli (espansjoni iżotermika + kompressjoni iżotermika) u żewġ proċessi adjabatiċi riversibbli (espansjoni adjabatika u kompressjoni adjabatika). Matul il-proċessi ta' espansjoni u kompressjoni adjabatiċi, l-ebda sħana ma tidħol jew toħroġ mis-sistema (Q = 0). Peress li Q = 0, il-bidla fl-entropija matul il-proċess adjabatiku = 0.
Matul l-espansjoni iżotermika, il-magna tassorbi 2000 J ta' sħana (Q) f'temperatura (T) ta' 500 K. Minħabba li l-magna tassorbi s-sħana, Q hija pożittiva. Il-bidla fl-entropija tal-magna matul l-espansjoni iżotermika hija:
Waqt kompressjoni iżotermika, il-magna tirrifjuta 1400 J ta' sħana (Q) f'temperatura (T) ta' 350 K. Minħabba li l-magna tirrifjuta s-sħana, Q għandha sinjal negattiv. Il-bidla fl-entropija tal-magna waqt kompressjoni iżotermika hija:
Bidla totali fl-entropija = 4 J/K ‐ 4 J/K = 0
Eżempju ta' mistoqsija 3:
Magna tas-sħana tirċievi 600 Joules ta' sħana (Q) f'temperatura ta' 300 ° C, tagħmel xogħol u tirrifjuta ċertu ammont ta' sħana f'temperatura ta' 100 ° C. Iddetermina l-ammont ta' sħana miċħuda u l-bidla totali fl-entropija fil-magna matul ċiklu wieħed...
Diskussjoni
T H = 300 K
QH = 600 J
T L = 100 K
Q L = ?
Matul ċiklu wieħed, magna Carnot tgħaddi minn żewġ proċessi iżotermiċi riversibbli (espansjoni iżotermika + kompressjoni iżotermika) u żewġ proċessi adjabatiċi riversibbli (espansjoni adjabatika u kompressjoni adjabatika). Matul il-proċessi ta' espansjoni u kompressjoni adjabatiċi, l-ebda sħana ma tidħol jew toħroġ mis-sistema (Q = 0). Peress li Q = 0, il-bidla fl-entropija matul il-proċess adjabatiku = 0.
Matul l-espansjoni iżotermika, il-magna tassorbi 600 J ta' sħana (Q) f'temperatura (T) ta' 300 K. Minħabba li l-magna tassorbi s-sħana, Q hija pożittiva. Il-bidla fl-entropija tal-magna matul l-espansjoni iżotermika hija:
Waqt kompressjoni iżotermika, il-magna tirrifjuta 200 J ta' sħana (Q) f'temperatura (T) ta' 100 K. Minħabba li l-magna tirrifjuta s-sħana, Q għandha sinjal negattiv. Il-bidla fl-entropija tal-magna waqt kompressjoni iżotermika hija:
Bidla totali fl-entropija = 2 J/K ‐ 2 J/K = 0
Mill-eżempju tal-mistoqsija numru 2 u l-eżempju tal-mistoqsija numru 3, jidher li l-bidla totali fl-entropija għal proċess riversibbli hija = 0. Fi kliem ieħor, fi proċess riversibbli, l-entropija totali hija dejjem kostanti.
Eżempju ta' mistoqsija 4:
Kubu tas-silġ ta' 2 kg għandu temperatura ta' 0 ° C. Il-kubu tas-silġ jitqiegħed f'kontenitur u jiġi espost għad-dawl tax-xemx. Minħabba s-sħana addizzjonali mill-arja u mix-xemx, is-silġ idub. Iddetermina l-bidla fl-entropija tas-silġ. (Is-sħana tal-fużjoni tal-ilma = 3,34 x 105 J /Kg)
Diskussjoni
Massa tas-silġ = 2 kg
Temperatura tas-silġ = 0 ° C + 273 = 273 K
Sħana tal-fużjoni tal-ilma = 3,34 x 10 5 J/Kg
Is-sħana meħtieġa biex iddewweb 2 kg ta' silġ f'ilma:
Q = mL
Q = (2 kg)(3,34 x 105 J /Kg)
Q = 6,68 x 105 J
Q = 668 x 105 J
Matul il-proċess tat-tidwib (silġ għal ilma), it-temperatura hija kostanti. Minħabba li t-temperatura hija kostanti, il-bidla fl-entropija tas-silġ tiġi kkalkulata.
Eżempju ta' mistoqsija 5:
Tazza ilma f'26 ° C titħallat ma' tazza ilma f'22 ° C. Jekk il-massa tal-ilma fit-tazza = 2 kg, iddetermina l-bidla fl-entropija tal-ilma. Assumi li l-ilma sħun u l-ilma kiesaħ jitħalltu f'kontenitur magħluq u iżolat sew. It-trasferiment tas-sħana huwa proċess irriversibbli.
Diskussjoni
Sħana speċifika tal-ilma (c) = 4180 J/Kg C o
Massa tal-ilma = 2 Kg (l-istess massa tal-ilma).
Peress li l-massa tal-ilma hija l-istess, it-temperatura finali tat-taħlita = 24 ° C (26 ° C + 22 ° C / 2 = 48 ° C / 2 = 24 ° C).
L-ammont ta' sħana li joħroġ l-ilma sħun meta t-temperatura tiegħu tinżel minn 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
L-ammont ta' sħana assorbita mill-ilma kiesaħ meta t-temperatura tiegħu tiżdied minn 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
Bidla totali fl-entropija = Bidla fl-entropija tal-ilma sħun + bidla fl-entropija tal-ilma kiesaħ
Temperatura medja tal-ilma sħun = (26 ° C + 24 ° C) / 2 = 50 ° C / 2 = 25 ° C ‐‐‐‐ 25 + 273 = 298 K
Temperatura medja tal-ilma kiesaħ = (22 ° C + 24 ° C) / 2 = 46 ° C / 2 = 23 ° C ‐‐‐‐ 23 + 273 = 296 K
L-ilma sħun jirrilaxxa s-sħana, għalhekk Q hija negattiva. Bil-maqlub, l-ilma kiesaħ jassorbi s-sħana, għalhekk Q hija pożittiva. Ftakar il-konvenzjoni tas-sinjal Q (l-ewwel liġi tat-termodinamika).
Δ S Total = Δ S ilma sħun + Δ S ilma kiesaħ
Δ S Total = ‐ 56,107 J/K + 56,486 J/K
ΔS Total = 0,379 J/K
L-entropija totali tiżdied b'0,379 J/K
Għalkemm l-entropija ta' xi partijiet tas-sistema tonqos (‐56,107 J/K), l-entropija ta' xi partijiet tas-sistema tiżdied b'ammont akbar (+ 56,486 J/K) sabiex l-entropija totali dejjem tiżdied (+ 0,379 J/K).
Iż-żieda fl-entropija totali fi proċess irriversibbli mhux biss tapplika għat-trasferiment tas-sħana bejn it-taħlita ta' ilma sħun u kiesaħ li analizzajna hawn fuq, iżda tapplika wkoll għall-każijiet kollha studjati mix-xjenzati. L-entropija totali dejjem tibqa' kostanti jekk il-proċess ikun riversibbli. Jekk il-proċess ikun irriversibbli, l-entropija totali dejjem tiżdied.
Essenzjalment, il-proċessi naturali kollha fil-ħajja tagħna ta’ kuljum huma irriversibbli, għalhekk l-entropija totali inevitabbilment tiżdied. Dan il-fatt huwa miġbur fil-qosor fil-linja li ġejja:
Fi proċess irriversibbli, l-entropija totali tas-sistema u tal-madwar dejjem tiżdied.
Din is-sentenza bil-korsiv hija dikjarazzjoni ġenerali tat-tieni liġi tat-termodinamika. It-tieni liġi tat-termodinamika hija kemmxejn differenti minn liġijiet oħra tal-fiżika. Normalment, il-liġijiet fiżiċi huma espressi bħala ekwazzjonijiet (eż., il-liġijiet ta' Newton) jew bħala liġijiet ta' konservazzjoni (eż., il-liġi tal-konservazzjoni tal-enerġija).
L-entropija hija kejl tad-diżordni
L-entropija tista' titqies bħala kejl tad-diżordni. Fir-rigward tad-dikjarazzjoni ġenerali tat-tieni liġi tat-termodinamika, id-diżordni għandha t-tendenza li tiżdied fi proċessi irriversibbli. Fi kliem ieħor, kull proċess irriversibbli essenzjalment iwassal għal stat ta' diżordni. It-tifsira ta' diżordni hawnhekk tista' ma tkunx ċara, għalhekk se tiġi spjegata bl-użu ta' eżempji ta' proċessi irriversibbli li jseħħu fil-ħajja ta' kuljum.
Ta' min jinnota li l-kunċett ta' entropija oriġinarjament kien assoċjat biss ma' proċessi irriversibbli li jinvolvu bidliet fil-forma tal-enerġija u t-trasferiment tal-enerġija. Wara li jiġi rilaxxat miz-zokk tiegħu u jaqa' liberament sakemm jolqot l-art, mango qatt ma jiżżerżaq 'il fuq. Ktieb li nimbuttaw u mbagħad inwaqqfu qatt ma jiċċaqlaq lura lejna. Dawn huma xi eżempji ta' proċessi irriversibbli relatati ma' bidliet fil-forma tal-enerġija u t-trasferiment tal-enerġija minn oġġett għal ieħor. Dawn il-proċessi jseħħu biss f'direzzjoni waħda, iżda qatt fid-direzzjoni opposta. Mango qatt ma jiżżerżaq 'il fuq waħdu għaliex l-enerġija interna tiegħu tiġi kkonvertita f'enerġija kinetika . Ktieb qatt ma jiżżerżaq lejna għaliex is-sħana ġġenerata mill-frizzjoni tiġi kkonvertita f'enerġija kinetika.
Il-proċessi irriversibbli li jseħħu fl-univers mhumiex biss relatati ma' bidliet fil-forom tal-enerġija u t-trasferiment tal-enerġija. Wara li nitwieldu, nikbru fi trabi, tfal, adoloxxenti, adulti, imbagħad nixjieħu u nitmermru u fl-aħħar immutu 😉 Qatt rajt persuna anzjana tinbidel f'tarbija? Qatt... Il-mowbajl li nużaw isir matt u jiġrilu l-ħsara maż-żmien... Karozza ġdida li inizjalment kienet bla xkiel u qawwija ssir inqas bla xkiel u dgħajfa wara li tużaha għal ftit snin. Qatt rajt karozza antika f'daqqa waħda terġa' ssir ġdida? Jew il-mowbajl favorit tiegħek isir aktar bla xkiel u aħjar kuljum? Qatt... Wara li jintuża, il-mowbajl isir matt u jiġrilu l-ħsara. Il-karozzi huma l-istess... Dawn huma xi eżempji ta' proċessi irriversibbli li m'għandhom x'jaqsmu xejn mal-bidliet fil-forom tal-enerġija u t-trasferiment tal-enerġija.... Issa, wara li rrealizzajna li l-proċessi naturali kollha li jseħħu fl-univers huma irriversibbli, il-kunċett ta' entropija jsir usa'. Id-diskussjoni mhux biss tkopri l-proċessi termodinamiċi iżda tinkludi wkoll ħafna proċessi irriversibbli oħra fl-univers.
Issa ejja niddiskutu xi proċessi irriversibbli li jseħħu fil-ħajja ta' kuljum. L-ewwel, ejja nikkunsidraw proċess sempliċi irriversibbli. Din hija biss introduzzjoni, sabiex tifhem il-kunċett tal-entropija u r-relazzjoni tagħha ma' proċessi irriversibbli.
Pereżempju, ejja ngħidu li għandek numru ta’ rħam aħmar u blu. L-irħam huma mqiegħda f’kontenitur. L-irħam blu huma rranġati pulit fil-qiegħ, filwaqt li l-irħam aħmar huma rranġati pulit fil-parti ta’ fuq (immaġni tax-xellug). L-arranġament tal-irħam tiegħek fil-kontenitur jidher ordnat ħafna… Il-qiegħ huwa kollu blu, il-parti ta’ fuq hija kollha ħamra.
Imbagħad, tħawwad jew tħawwad il-kontenitur 'il fuq u 'l isfel. Minħabba li l-kontenitur jiġi mċaqlaq 'il fuq u 'l isfel, l-arranġament tal-irħam li inizjalment kien regolari ħafna jinbidel biex jerġa' jsir irregolari (stampa tal-lemin). L-irħam aħmar u blu jitħalltu flimkien 😉 Iktar ma tħawdu, l-arranġament tal-irħam isir aktar irregolari... Huwa possibbli li wara li jitħawwad, l-arranġament tal-irħam isir regolari bħal qabel? Huwa impossibbli... Jekk jogħġbok ipprovah jekk ma temminx. Huwa impossibbli li l-irħam isiru regolari bħal qabel... Dan huwa eżempju ta' proċess irriversibbli. Wara li jesperjenza proċess irriversibbli, l-arranġament tal-irħam li inizjalment kien regolari ħafna jinbidel biex isir irregolari. Ir-regolarità nbidlet f'irregolarità...
L-istess ħaġa tiġri fi proċessi irriversibbli oħra. Meta mmissu oġġett sħun u oġġett kiesaħ, is-sħana tiċċirkola awtomatikament mill-oġġett sħun għall-oġġett kiesaħ... Is-sħana tieqaf tiċċirkola wara li ż-żewġ oġġetti f'kuntatt jilħqu l-istess temperatura. Dan il-proċess huwa irriversibbli... Ukoll, inizjalment għandna żewġ arranġamenti ta' molekuli, jiġifieri molekuli li għandhom enerġija kinetika medja kbira (il-molekuli li jiffurmaw l-oġġett sħun) u molekuli li għandhom enerġija kinetika medja żgħira (il-molekuli li jiffurmaw l-oġġett kiesaħ). Wara li l-oġġett sħun u l-oġġett kiesaħ jilħqu l-istess temperatura (il-molekuli għandhom l-istess enerġija kinetika medja), ma nistgħux nibqgħu niddistingwu ż-żewġ arranġamenti ta' molekuli. L-arranġament ta' molekuli li inizjalment kien regolari jinbidel biex isir irregolari. Simili għall-arranġament tal-irħam ta' hawn fuq... Wara li ż-żewġ oġġetti jilħqu l-istess temperatura, l-arranġament regolari ta' molekuli jinbidel għal irregolarità (l-irregolarità tiżdied minħabba t-trasferiment irriversibbli tas-sħana).
Barra minn hekk, il-fluss tas-sħana minn oġġett sħun għal oġġett kiesaħ jista' jitqies bħala l-fluss tas-sħana minn reġjun b'temperatura għolja għal reġjun b'temperatura baxxa f'magna tas-sħana. Il-fluss tas-sħana minn reġjun b'temperatura għolja għal reġjun b'temperatura baxxa jippermetti lil magna tas-sħana twettaq xogħol. Magna tas-sħana ma tistax twettaq xogħol mingħajr fluss tas-sħana. Għalhekk, nistgħu nistabbilixxu relazzjoni bejn id-daqs tad-diżordni u l-abbiltà li twettaq xogħol. Wara li tintlaħaq l-istess temperatura, ma jkunx hemm aktar fluss tas-sħana mill-oġġett sħun għall-oġġett kiesaħ (id-diżordni tiżdied). Peress li n-nuqqas ta' fluss tas-sħana jipprevjeni magna tas-sħana milli twettaq xogħol, nistgħu ngħidu li sistema li ma tistax twettaq xogħol għandha diżordni għolja, filwaqt li sistema li tista' twettaq xogħol għandha diżordni baxxa...
Minn dawn ir-riżultati, nistgħu niġbdu konklużjonijiet dwar ir-relazzjoni bejn il-forom ta’ enerġija u l-kejl tad-diżordni. Bażikament, il-forma ta’ enerġija li tista’ tintuża biex tagħmel xogħol hija l-enerġija potenzjali. L-enerġija potenzjali gravitazzjonali tal-ilma tista’ tintuża biex iċċaqlaq turbina. L-enerġija potenzjali kimika fiż-żejt tista’ tintuża biex iċċaqlaq vettura. L-enerġija potenzjali kimika f’ġisimna tista’ tintuża biex nagħmlu xogħol, nivvjaġġaw, nistudjaw… L-enerġija potenzjali gravitazzjonali ta’ mango tista’ tintuża biex issewwi tnixxija fis-saqaf ta’ dar 😉 Minħabba li forom utli ta’ enerġija jistgħu jintużaw biex jagħmlu xogħol, nistgħu ngħidu li forom utli ta’ enerġija huma aktar ordnati, filwaqt li forom inutli ta’ enerġija huma aktar diżordinati. Il-forom ta’ enerġija inutli huma l-enerġija interna u s-sħana… Wara li jolqot l-art, il-mango qatt ma jerġa’ jiżżerżaq ’il fuq għax l-enerġija interna tiġi kkonvertita f’enerġija kinetika…
Wara li nimbuttaw il-ktieb, il-ktieb jiċċaqlaq. Il-preżenza tal-frizzjoni ġġiegħel il-ktieb jieqaf jiċċaqlaq... F'dan il-każ, l-enerġija kinetika tal-ktieb inbidlet f'sħana (is-sħana tinqala' minħabba l-frizzjoni). Fir-realtà, il-ktieb li għadu ma jiżloqx lura lejna għax is-sħana inbidlet f'enerġija kinetika... Dawn iż-żewġ eżempji juru li s-sħana hija żewġ forom ta' enerġija inutli. Forom inutli ta' enerġija ma jistgħux jintużaw biex jagħmlu xogħol. Għalhekk, nistgħu ngħidu li s-sħana u l-enerġija interna għandhom irregolarità għolja...
Bażikament, il-proċess li biddlu l-forma tal-enerġija, minn forma utli ta' enerġija għal forma inutli ta' enerġija dejjem iżid id-diżordni... Fi slang, l-entropija dejjem tiżdied matul il-proċess li biddlu l-forma tal-enerġija... Minħabba li l-entropija dejjem tiżdied mal-mogħdija taż-żmien, il-forom utli kollha ta' enerġija jinbidlu f'forom inutli. L-enerġija dejjem tiġi kkonservata fil-proċess li biddlu l-forma tal-enerġija, iżda l-forma ta' enerġija li hija ordnata u tista' tintuża biex tagħmel xogħol tinbidel f'forma irregolari u ma tistax tintuża biex tagħmel xogħol...
Entropija u statistika
Preċedentement, iddiskutejna li l-entropija hija kejl tad-diżordni. Kull proċess irriversibbli essenzjalment iwassal għal stat ta’ diżordni għolja. Din l-idea tista’ tidher astratta u mhux ċara. Biex nifhmu aħjar il-kunċett tal-entropija, nistgħu nużaw approċċ statistiku. Il-fehim tal-kunċett tal-entropija bl-użu ta’ approċċ statistiku ntuża għall-ewwel darba minn Ludwig Boltzmann (1844–1906).
Fil-bidu ta’ dan l-artiklu, ġie spjegat li l-entropija hija kwantità li tiddeskrivi l-istat mikroskopiku ta’ sistema. Kwantitajiet li jiddeskrivu stati makroskopiċi jistgħu jkunu magħrufa direttament, iżda kwantitajiet li jiddeskrivu stati mikroskopiċi ma jistgħux. Biex nifhmu l-istat mikroskopiku, nistgħu neżaminaw ir-relazzjoni bejn l-istati makroskopiċi u mikroskopiċi.
Għandek munita ta' mitt rupiah? Munita ta' mitt rupiah għandha żewġ naħat: naħa waħda turi għasfur Garuda u n-naħa l-oħra turi l-kelma 100 rupiah. Għalhekk, pereżempju, jekk għandek erba' mitt munita ta' rupiah... jekk tarmi l-erba' mitt munita kollha ta' rupiah mal-art, ikun hemm ħames riżultati differenti f'daqqa:
L-ewwel, jidhru x-xbihat kollha tal-għasfur Garuda (4 xbihat);
It-tieni, jidhru 3 stampi tal-għasfur Garuda, kitba waħda ta’ mitt rupiah (3 stampi, kitba waħda);
It-tielet, jidhru żewġ immaġni tal-għasfur Garuda, żewġ kelmiet mitt rupiah (żewġ immaġni, żewġ kelmiet);
Ir-raba', tidher immaġni waħda ta' għasfur Garuda, jidhru 3 kelmiet mitt rupiah (immaġni waħda, 3 kelmiet);
Il-ħames, jidhru l-kelmiet mitt rupiah (4 kelmiet)…
Aħna nsejħu dawn il-ħames immaġni jew kitbiet possibbli stati makroskopiċi (makro = kbir). Bil-maqlub, jekk nirrappreżentaw l-erba’ muniti bħala immaġni jew kitbiet, inkunu qed niddikjaraw stati mikroskopiċi (mikro = żgħir).
F'tfigħ wieħed, hemm 16-il stat mikroskopiku possibbli (Kull munita għandha żewġ ċansijiet. Erba' muniti għandhom 16-il ċans = 2 x 2 x 2 x 2 = 2 4 = 16). L-akbar probabbiltà hija li jidhru 2 stampi u 2 kitbiet (Hemm 6 stati mikroskopiċi possibbli minn total ta' 16-il stat mikroskopiku - 6/16 x 100% = 37,5%). Mill-banda l-oħra, l-iżgħar probabbiltà hija li jidhru 4 stampi jew 4 kitbiet (Kull waħda għandha stat mikroskopiku wieħed possibbli - 1/16 x 100% = 6,25%). Dak li qed niddiskutu hawn huwa biss iċ-ċans jew il-probabbiltà... Jekk nitfgħu muniti 16-il darba, mhux ċert li 2 stampi u 2 kitbiet se jidhru 6 darbiet. Imma jekk nitfgħu muniti eluf ta' drabi, il-probabbiltà li jidhru 2 stampi u 2 kitbiet tista' toqrob lejn is-37,5%.
Aħjar tipprovah... Jekk jogħġbok itfa' erba' mitt munita tar-rupiah 100 darba (1000 darba jekk tista' 😉). Irreġistra d-dejta miksuba f'tfigħ wieħed... Wara li titfa' l-muniti 100 darba, issib li żewġ stampi u żewġ kitbiet jidhru l-aktar spiss. Iktar ma jkun hemm numru ta' tfigħ, il-probabbiltà li tikseb żewġ stampi u żewġ kitbiet toqrob lejn 37,5% tan-numru totali ta' tfigħ.
Preċedentement konna nħarsu biss lejn 4 muniti. Jekk inżidu n-numru ta' muniti allura n-numru ta' stati mikroskopiċi jiżdied. Pereżempju, għandna 100 munita... F'tfigħ wieħed, hemm 2 100 = 1,27 x 10 30 stati mikroskopiċi possibbli... L-akbar probabbiltà hija li jidhru 50 stampa u 50 kitba (Hemm 1,01 x 10 29 stati mikroskopiċi possibbli minn total ta' 1,27 x 10 30 stati mikroskopiċi). Bil-maqlub, l-iżgħar probabbiltà hija li jidhru 100 stampa jew 100 kitba (Kull waħda għandha stat mikroskopiku wieħed possibbli biss minn total ta' 1,27 x 10 30 stati mikroskopiċi). Żgħira ħafna u kważi impossibbli... Jekk għandna 1000 munita, il-probabbiltà li jidhru 1000 stampa jew 1000 kitba hija naturalment saħansitra iżgħar u dejjem aktar impossibbli.
Biex nirrelataw dan mal-kunċett tal-entropija, nistgħu nassumu li l-immaġini kollha jew it-test kollu jinsabu f'arranġament ordnat, filwaqt li nofs l-immaġini u nofs it-test jinsabu f'arranġament irregolari. Iktar ma jkun kbir in-numru ta' muniti, iżgħar issir il-probabbiltà jew iċ-ċans li jinkiseb arranġament ordnat (l-immaġini kollha jew it-test kollu), u dan isir kważi impossibbli. Bil-maqlub, arranġament irregolari (nofs l-immaġini u nofs it-test) għandu probabbiltà jew ċans ħafna akbar. Minn dan ir-riżultat, jidher li l-irregolarità hija relatata mill-qrib mal-probabbiltà. L-aktar stat probabbli huwa stat irregolari, filwaqt li l-aktar stat improbabbli huwa stat ordnat.
Id-dikjarazzjoni ġenerali tat-tieni liġi tat-termodinamika, li ddiskutejna qabel, tgħid li l-entropija, jew id-diżordni, dejjem tiżdied f'kull proċess irriversibbli. Din id-dikjarazzjoni tat-tieni liġi tat-termodinamika tista' tinftiehem bħala dikjarazzjoni ta' probabbiltà. Dan ifisser li kull proċess li jseħħ fl-univers huwa dak bl-akbar probabbiltà jew opportunità. It-tieni liġi tat-termodinamika ma tipprojbixxix tnaqqis fl-entropija f'kull proċess irriversibbli, iżda l-probabbiltà hija żgħira ħafna, saħansitra kważi impossibbli. Bil-maqlub, żieda fl-entropija għandha probabbiltà ħafna akbar. In-numru ta' ċenteżmi li kkunsidrajna qabel kien biss 100... fir-realtà, hemm 6,02 x 1023 molekuli f'mole waħda ... dan huwa numru kbir ħafna. L-istati mikroskopiċi possibbli ta' dan in-numru huma naturalment kbar ħafna, għalhekk il-probabbiltà ta' ordni hija żgħira ħafna, kważi impossibbli...
Jekk inwaqqgħu tazza mal-art, il-frammenti tal-ħġieġ imxerrdin mal-art jistgħu jerġgħu jinġabru u jiffurmaw tazza sħiħa bħal qabel. Iżda ċ-ċans li dan jiġri huwa tant żgħir li huwa impossibbli... meta l-ħġieġ ikun għadu intatt, il-pożizzjoni tal-molekuli tkun aktar ordnata. Meta l-ħġieġ jaqa’ sakemm jinkiser u b’hekk il-frammenti tal-ħġieġ ikunu mxerrdin mal-art, il-pożizzjoni tal-molekuli ssir diżordinata. Iċ-ċans li terġa’ lura għal pożizzjoni ordnata huwa tant żgħir li l-istennija li l-molekuli tal-ħġieġ jerġgħu jinġabru huwa impossibbli. Jekk immissu oġġett sħun u oġġett kiesaħ, is-sħana tiċċirkola waħedha mill-oġġett sħun għall-oġġett kiesaħ... l-oġġetti sħan għandhom molekuli li jiċċaqalqu b’mod każwali u malajr, min-naħa l-oħra l-moviment tal-molekuli li jiffurmaw oġġetti kesħin mhuwiex mgħaġġel ħafna. Iċ-ċans li dawn il-molekuli li jiċċaqalqu malajr jaħbtu ma’ xulxin jew jaqsmu lejn l-oġġett kiesaħ huwa ħafna akbar miċ-ċans li molekuli li jiċċaqalqu bil-mod... min ikun mgħaġġel jiksibha 😉 is-sħana tista’ tiċċaqlaq minn oġġett kiesaħ għal oġġett sħun, iżda ċ-ċans li dan jiġri huwa ħafna iżgħar.
L-irħam blu u aħmar fl-illustrazzjoni ta’ hawn fuq jistgħu jerġgħu lura għall-arranġament oriġinali u regolari tagħhom. Iżda ċ-ċans li jerġgħu lura għal arranġament ordnat huwa ħafna iżgħar. Arranġament diżordinat għandu ċans ħafna akbar. Bl-istess mod, bl-espansjoni libera li jesperjenza l-gass f’kontenitur magħluq. Il-kontenitur għandu żewġ kmamar, fejn iż-żewġ kmamar huma separati minn barriera. Inizjalment, il-gass ikun fil-kamra tax-xellug. Meta l-barriera titneħħa, il-molekuli tal-gass jinġabru flimkien biex jaqsmu fil-kamra tal-lemin. Il-kamra tal-lemin tkun vojta, filwaqt li l-kamra tax-xellug fiha molekuli li jiċċaqalqu b’mod każwali. Meta l-barriera titneħħa, il-molekuli jkollhom ċans kbir li jaqsmu fil-kamra vojta. Wara li l-molekuli jimlew il-volum kollu tal-kontenitur li għandu żewġ kmamar, huwa possibbli li l-molekuli kollha jimlew il-kamra tax-xellug mill-ġdid? Huwa possibbli, iżda l-probabbiltà hija żgħira ħafna. F’mol wieħed biss, hemm 6,02 x 1023 molekula ... il-probabbiltà li l-molekuli kollha jkunu fil-kamra tax-xellug hija 1 f’miljun possibbiltà. Waħda f’miljun hija ċans żgħir ħafna u kważi impossibbli...
It-tieni liġi tat-termodinamika tgħidilna li kull proċess li jseħħ fl-univers huwa l-aktar proċess probabbli. Id-direzzjoni li fiha proċess fin-natura jipproċedi (lejn entropija ogħla) hija determinata miċ-ċans jew mill-probabbiltà... id-diżordni għandha probabbiltà ferm akbar li sseħħ u għalhekk hija aktar probabbli li sseħħ...
Entropija = vleġġa tal-ħin
L-entropija tissejjaħ ukoll il-vleġġa tal-ħin għax tgħidilna d-direzzjoni li fiha jgħaddi ż-żmien. Id-direzzjoni ta’ kull proċess naturali hija lejn id-diżordni. Jekk nosservaw l-oppost, jiġifieri, id-diżordni nnifisha tinbidel f’ordni, nistgħu ngħidu li l-avveniment huwa bil-maqlub. Jekk naraw frammenti tal-ħġieġ imxerrda mal-art jinġabru mill-ġdid u jiffurmaw tazza sħiħa mill-ġdid, nistgħu ngħidu li l-avveniment huwa bil-maqlub. Dan qatt ma jiġri fil-ħajja tagħna ta’ kuljum, u kieku jiġri, ikun jikser it-tieni liġi tat-termodinamika. F’dan il-każ, il-ħin qatt ma jimxi lura u d-diżordni qatt ma tinbidel awtomatikament f’ordni. L-aktar okkorrenza probabbli u kostanti f’ħajjitna hija li l-ordni dejjem timxi lejn id-diżordni; il-ħin dejjem jimxi ’l quddiem, mhux lura. Jekk persuna anzjana tinbidel f’tarbija, inqisu dan bħala anormali u ksur tat-tieni liġi tat-termodinamika.
