Entropia hmoty
V predchádzajúcej diskusii sme študovali niekoľko konkrétnych tvrdení druhého termodynamického zákona. Treba poznamenať, že tieto konkrétne tvrdenia dokážu vysvetliť iba určité nezvratné procesy. Clausiusovo tvrdenie vysvetľuje iba prenos tepla a jeho vzťah k princípu fungovania chladničky. Kelvinove a Planckove tvrdenia sa vzťahujú na princíp fungovania chladničky. tepelný motorTieto dve tvrdenia sa v podstate týkajú prenosu tepla. Existuje mnoho ďalších nezvratných procesov, ktoré sa nedajú vysvetliť pomocou týchto dvoch tvrdení.
Konkrétne vyjadrenie druhého termodynamického zákona nedokáže vysvetliť všetky nezvratné procesy, preto potrebujeme všeobecnejšie vyjadrenie. Toto všeobecné vyjadrenie by malo vysvetliť všetky nezvratné procesy, ktoré sa vyskytujú vo vesmíre. Všeobecné vyjadrenie druhého termodynamického zákona bolo sformulované až v polovici devätnásteho storočia prostredníctvom veličiny nazývanej entropia (S). Entropiu možno považovať za mieru neusporiadanosti. Množstvo entropie prvýkrát zaviedol Clausius a odvodil ho z Carnotovho cyklu (dokonalý tepelný stroj). Podľa Clausia sa veľkosť zmeny entropie, ktorej systém prežíva, keď systém prijíma dodatočné teplo (Q) pri konštantnej teplote, vyjadruje rovnicou:
Entropia je veličina, ktorá opisuje mikroskopický stav systému, a preto ju nemožno priamo merať. Skúmame iba zmenu entropie. Podobne ako zmena energie v systéme. prvý termodynamický zákon.
Príklad otázky 1:
Množstvo plynu v nádobe podlieha adiabatickej expanzii. Aká je zmena entropie plynu?
Diskusia
Počas adiabatického procesu nedochádza k žiadnemu teplo ktorý vstupuje do systému alebo ho vystupuje (plyn). Pretože Q = 0, potom ΔS = 0. Entropia systému zostáva konštantná. A čo adiabatická kompresia? Je to v podstate to isté. Počas adiabatickej kompresie do systému nevstupuje ani ho neopúšťa (Q = 0). Preto entropia systému zostáva konštantná.
Príklad otázky 2:
Carnotov motor prijme 2000 J tepla pri teplote 500 K, vykoná prácu a odovzdá určité množstvo tepla pri teplote 350 K. Určte množstvo odovzdaného tepla a celkovú zmenu entropie v motore počas jedného cyklu.
Diskusia
Ak systém prijíma teplo, Q je kladné, ak systém teplo uvoľňuje, Q je záporné. Systémom v tomto prípade je Carnotov motor.
Počas jedného cyklu prechádza Carnotov motor dvoma reverzibilnými izotermickými procesmi (izotermická expanzia + izotermická kompresia) a dvoma reverzibilnými adiabatickými procesmi (adiabatická expanzia a adiabatická kompresia). Počas adiabatickej expanzie a kompresie do systému nevstupuje ani sa doňho neuvoľňuje žiadne teplo (Q = 0). Keďže Q = 0, zmena entropie počas adiabatického procesu = 0.
Počas izotermickej expanzie motor absorbuje 2000 J tepla (Q) pri teplote (T) 500 K. Pretože motor absorbuje teplo, Q je kladné. Zmena entropie motora počas izotermickej expanzie je:
Počas izotermickej kompresie motor odvedie 1400 J tepla (Q) pri teplote (T) 350 K. Keďže motor odvádza teplo, Q má záporné znamienko. Zmena entropie motora počas izotermickej kompresie je:
Celková zmena entropie = 4 J/K - 4 J/K = 0
Príklad otázky 3:
Tepelný stroj prijíma 600 joulov tepla (Q) pri teplote 300 oC, vykonávajúc prácu a uvoľňujúc určité množstvo tepla pri teplote 100 oC. Určte množstvo odvedeného tepla a celkovú zmenu entropie v motore počas jedného cyklu…
Diskusia
TH = 300 tis
QH = 600 J
TL = 100 tis
QL 🇧🇷
Počas jedného cyklu prechádza Carnotov motor dvoma reverzibilnými izotermickými procesmi (izotermická expanzia + izotermická kompresia) a dvoma reverzibilnými adiabatickými procesmi (adiabatická expanzia a adiabatická kompresia). Počas adiabatickej expanzie a kompresie do systému nevstupuje ani sa doňho neuvoľňuje žiadne teplo (Q = 0). Keďže Q = 0, zmena entropie počas adiabatického procesu = 0.
Počas izotermickej rozťažnosti motor absorbuje 600 J tepla (Q) pri teplote (T) 300 K. Pretože motor absorbuje teplo, Q je kladné. Zmena entropie motora počas izotermickej rozťažnosti je:
Počas izotermickej kompresie motor odvedie 200 J tepla (Q) pri teplote (T) 100 K. Keďže motor odvádza teplo, Q má záporné znamienko. Zmena entropie motora počas izotermickej kompresie je:
Celková zmena entropie = 2 J/K - 2 J/K = 0
Z príkladovej otázky číslo 2 a príkladovej otázky číslo 3 vyplýva, že celková zmena entropie pre reverzibilný proces = 0. Inými slovami, v reverzibilnom procese je celková entropia vždy konštantná.
Príklad otázky 4:
Kocka ľadu s hmotnosťou 2 kg má teplotu 0 oC. Kocky ľadu sa umiestnia do nádoby a sušia sa na slnku. Pretože dostávajú dodatočné teplo zo vzduchu a slnka, ľad sa topí. Určte zmenu entropie ľadu. (Teplota topenia vody = 3,34 x 105 J/kg)
Diskusia
Hmotnosť ľadu = 2 kg
Teplota ľadu = 0 oC + 273 = 273 K
Teplota topenia vody = 3,34 x 10⁶ J/kg
Teplo potrebné na roztavenie 2 kg ľadu do vody:
Q = ml
Q = (2 kg)(3,34 x 105 J/kg)
Q = 6,68 x 105 J
Q = 668 x 103 J
Počas procesu topenia (z ľadu na vodu) je teplota konštantná. Keďže teplota je konštantná, vypočíta sa zmena entropie ľadu.
Príklad otázky 5:
Pohár vody s teplotou 26 oC zmiešaný s pohárom vody pri teplote 22 oC. Ak je hmotnosť vody v pohári = 2 kg, určte zmenu entropie vody. Predpokladajme, že horúca a studená voda sa miešajú v uzavretej, dobre izolovanej nádobe. Prenos tepla je nezvratný proces.
Diskusia
Merná tepelná kapacita vody (c) = 4180 J/kg Co
Hmotnosť vody = 2 kg (rovnaká hmotnosť vody).
Pretože hmotnosť vody je rovnaká, konečná teplota zmesi = 24 oC (26 oC + 22 oC / 2 = 48 oC / 2 = 24 oC).
Množstvo tepla uvoľneného horúcou vodou pri poklese jej teploty z 26 oC - 24 oC:
Q = mc ΔT = (2 kg)(4180 J/kg Co)(26 oC - 24 oC) = (2 kg)(4180 J/kg Co)(2 oC) = 16720 J
Množstvo tepla absorbovaného studenou vodou pri zvýšení jej teploty z 22 °C na 24 °C:
Q = mc ΔT = (2 kg)(4180 J/kg Co)(24 oC - 22 oC) = (2 kg)(4180 J/kg Co)(2 oC) = 16720 J
Celková zmena entropie = Zmena entropie horúcej vody + zmena entropie studenej vody
Priemerná teplota teplej vody = (26 oC + 24 oC) / 2 = 50 oC / 2 = 25 oC ‐‐‐‐ 25 + 273 = 298 K
Priemerná teplota studenej vody = (22 oC + 24 oC) / 2 = 46 oC / 2 = 23 oC ‐‐‐‐ 23 + 273 = 296 K
Horúca voda uvoľňuje teplo, takže Q je záporné. Naopak, studená voda absorbuje teplo, takže Q je kladné. Spomeňte si na konvenciu znamienka Q (prvý termodynamický zákon).
Δ S Celkom = Δ S teplej vody + Δ S studenej vody
Δ S Celkom = ‐ 56 107 J/K + 56 486 J/K
Celkom ΔS = 0,379 J/K
Celková entropia sa zvýši o 0,379 J/K
Hoci entropia niektorých častí systému klesá (-56,107 J/K), entropia niektorých častí systému sa zvyšuje o viac (+ 56,486 J/K), takže celková entropia sa vždy zvyšuje (+ 0,379 J/K).
Zvýšenie celkovej entropie v nevratnom procese sa nevzťahuje len na prenos tepla medzi zmesou horúcej a studenej vody, ktorú sme analyzovali vyššie, ale platí aj pre všetky prípady študované vedcami. Celková entropia zostáva vždy konštantná, ak je proces vratný. Ak je proces nevratný, celková entropia sa vždy zvyšuje.
V podstate sú všetky prirodzené procesy v našom každodennom živote nezvratné, takže celková entropia sa nevyhnutne zvyšuje. Túto skutočnosť zhrnieme v nasledujúcom riadku:
Pri nezvratnom procese sa celková entropia systému a okolia vždy zvyšuje.
Táto kurzívou zvýraznená veta je všeobecným vyjadrením druhého termodynamického zákona. Druhý termodynamický zákon sa trochu líši od ostatných fyzikálnych zákonov. Fyzikálne zákony sa zvyčajne vyjadrujú ako rovnice (napr. Newtonove zákony) alebo ako zákony zachovania (napr. zákon zachovania energie).
Entropia je mierou neusporiadanosti
Entropiu možno považovať za mieru neusporiadanosti. Vo vzťahu k všeobecnému tvrdeniu druhého termodynamického zákona má neusporiadanosť tendenciu sa v nezvratných procesoch zvyšovať. Inými slovami, každý nezvratný proces v podstate vedie k stavu neusporiadanosti. Význam neusporiadanosti tu môže byť nejasný, preto bude vysvetlený na príkladoch nezvratných procesov, ktoré sa vyskytujú v každodennom živote.
Je dôležité poznamenať, že koncept entropie sa pôvodne spájal iba s nezvratnými procesmi zahŕňajúcimi zmeny formy energie a prenos energie. Po uvoľnení zo stonky a voľnom páde, až kým nedopadne na zem, sa mango nikdy neposunie nahor. Kniha, ktorú zatlačíme a potom zastavíme, sa nikdy nepohne späť k nám. Toto sú niektoré príklady nezvratných procesov súvisiacich so zmenami formy energie a prenosom energie z jedného objektu na druhý. Tieto procesy prebiehajú iba v jednom smere, ale nikdy nie v opačnom smere. Mango sa nikdy samo neposunie nahor, pretože vnútorná energia premenený na kinetická energiaKniha sa k nám nikdy neposúva, pretože teplo vznikajúce trením sa premieňa na kinetickú energiu.
Nezvratné procesy, ktoré sa vyskytujú vo vesmíre, nesúvisia len so zmenami foriem energie a prenosom energie. Po narodení vyrastieme na bábätká, deti, tínedžerov, dospelých, potom zostarneme, rozpadneme sa a nakoniec zomrieme 😉 Videli ste niekedy starého človeka premeniť sa na bábätko? Nikdy… Mobilný telefón, ktorý používame, sa časom otupí a poškodí… Nové auto, ktoré bolo spočiatku hladké a výkonné, sa po niekoľkých rokoch používania stane menej hladkým a slabým. Videli ste niekedy staré auto zrazu opäť nové? Alebo váš obľúbený mobilný telefón je každý deň hladší a lepší? Nikdy… Po používaní sa mobilný telefón otupí a poškodí. Autá sú na tom rovnako… Toto sú niektoré príklady nezvratných procesov, ktoré nemajú nič spoločné so zmenami foriem energie a prenosom energie…. Teraz, keď si uvedomíme, že všetky prírodné procesy, ktoré sa vyskytujú vo vesmíre, sú nezvratné, sa koncept entropie rozširuje. Diskusia sa nezahŕňa len termodynamické procesy, ale zahŕňa aj mnoho ďalších nezvratných procesov vo vesmíre.
Teraz si poďme rozobrať niektoré nezvratné procesy, ktoré sa vyskytujú v každodennom živote. Najprv si predstavme jednoduchý nezvratný proces. Toto je len úvod, aby ste pochopili koncept entropie a jej vzťah k nezvratným procesom.
Napríklad, predpokladajme, že máte niekoľko červených a modrých guľôčok. Guľôčky sú umiestnené v nádobe. Modré guľôčky sú úhľadne usporiadané na dne, zatiaľ čo červené guľôčky sú úhľadne usporiadané navrchu (obrázok vľavo). Usporiadanie vašich guľôčok v nádobe vyzerá veľmi usporiadane… Spodná časť je celá modrá, vrchná časť je celá červená.
Potom nádobou zatrasiete hore a dole. Pretože sa nádoba pohybuje hore a dole, usporiadanie guľôčok, ktoré bolo spočiatku veľmi pravidelné, sa zmení a opäť sa stane nepravidelným (obrázok vpravo). Červené a modré guľôčky sa zmiešajú 😉 Čím viac ňou trasiete, tým nepravidelnejšie sa usporiadanie guľôčok stáva... Je možné, že po zatrasení sa usporiadanie guľôčok stane pravidelným ako predtým? Je to nemožné... Ak tomu neveríte, dokážte to. Je nemožné, aby sa guľôčky stali pravidelnými ako predtým... Toto je príklad nezvratného procesu. Po nezvratnom procese sa usporiadanie guľôčok, ktoré bolo spočiatku veľmi pravidelné, zmení na nepravidelné. Pravidelnosť sa zmenila na nepravidelnosť...
To isté sa deje aj pri iných nezvratných procesoch. Keď sa dotkneme horúceho a studeného objektu, teplo automaticky prúdi z horúceho objektu na studený... Teplo prestane prúdiť, keď dva objekty v kontakte dosiahnu rovnakú teplotu. Tento proces je nezvratný... Spočiatku máme dve usporiadania molekúl, a to molekuly, ktoré majú veľkú priemernú kinetickú energiu (molekuly, ktoré tvoria horúci objekt) a molekuly, ktoré majú malú priemernú kinetickú energiu (molekuly, ktoré tvoria studený objekt). Keď horúci a studený objekt dosiahnu rovnakú teplotu (molekuly majú rovnakú priemernú kinetickú energiu), už nedokážeme tieto dve usporiadania molekúl rozlíšiť. Usporiadanie molekúl, ktoré bolo spočiatku pravidelné, sa zmení na nepravidelné. Podobne ako pri usporiadaní guľôčok vyššie... Keď dva objekty dosiahnu rovnakú teplotu, pravidelné usporiadanie molekúl sa zmení na nepravidelné (nepravidelnosť sa zväčšuje v dôsledku nezvratného prenosu tepla).
Okrem toho, tok tepla z horúceho objektu do studeného objektu možno chápať ako tok tepla z oblasti s vysokou teplotou do oblasti s nízkou teplotou v tepelnom motore. Tok tepla z oblasti s vysokou teplotou do oblasti s nízkou teplotou umožňuje tepelnému motoru vykonávať prácu. Tepelný motor nemôže vykonávať prácu bez tepelného toku. Môžeme teda stanoviť vzťah medzi veľkosťou neusporiadanosti a schopnosťou vykonávať prácu. Po dosiahnutí rovnakej teploty už nedochádza k žiadnemu tepelnému toku z horúceho objektu do studeného objektu (neusporiadanosť sa zvyšuje). Keďže absencia tepelného toku bráni tepelnému motoru vykonávať prácu, môžeme povedať, že systém, ktorý nemôže vykonávať prácu, má vysokú neusporiadanosť, zatiaľ čo systém, ktorý môže vykonávať prácu, má nízku neusporiadanosť…
Z týchto výsledkov môžeme vyvodiť závery o vzťahu medzi formami energie a mierou neusporiadanosti. V podstate forma energie, ktorú možno použiť na vykonanie práce, je potenciálna energia. Gravitačná potenciálna energia vody sa môže použiť na pohyb turbíny. Chemická potenciálna energia v rope sa môže použiť na pohyb vozidla. Chemická potenciálna energia v našich telách sa môže použiť na vykonávanie práce, cestovanie, štúdium… Gravitačná potenciálna energia manga sa môže použiť na opravu netesnosti v streche domu 😉 Keďže užitočné formy energie sa dajú použiť na vykonanie práce, môžeme povedať, že užitočné formy energie sú usporiadanejšie, zatiaľ čo nepotrebné formy energie sú neusporiadanejšie. Formy nepotrebnej energie sú vnútorná energia a teplo… Po dopade na zem sa mango už nikdy neposunie nahor, pretože vnútorná energia sa premení na kinetickú energiu…
Keď knihu zatlačíme, kniha sa pohne. Prítomnosť trenia spôsobí, že sa kniha zastaví… V tomto prípade sa kinetická energia knihy zmenila na teplo (teplo vzniká v dôsledku trenia). V skutočnosti sa kniha, ktorá je stále v pohybe, neposúva späť k nám, pretože teplo sa zmenilo na kinetickú energiu… Tieto dva príklady ukazujú, že teplo sú dve zbytočné formy energie. Zbytočné formy energie nemožno použiť na vykonanie práce. Môžeme teda povedať, že teplo a vnútorná energia majú vysokú nerovnomernosť…
V podstate proces zmeny formy energie z užitočnej formy energie na neužitočnú formu energie vždy zvyšuje neporiadok... V slangu sa entropia počas procesu zmeny formy energie vždy zvyšuje... Pretože entropia s postupom času vždy rastie, všetky užitočné formy energie sa zmenia na neužitočné formy. Energia sa v procese zmeny formy energie vždy zachová, ale forma energie, ktorá je usporiadaná a možno ju použiť na vykonanie práce, sa zmení na nepravidelnú formu a nemožno ju použiť na vykonanie práce...
Entropia a štatistika
Predtým sme diskutovali o tom, že entropia je mierou neusporiadanosti. Každý nezvratný proces v podstate vedie k stavu vysokej neusporiadanosti. Táto myšlienka sa môže zdať abstraktná a nejasná. Pre lepšie pochopenie konceptu entropie môžeme použiť štatistický prístup. Pochopenie konceptu entropie pomocou štatistického prístupu prvýkrát použil Ludwig Boltzmann (1844 – 1906).
Na začiatku tohto článku bolo vysvetlené, že entropia je veličina, ktorá opisuje mikroskopický stav systému. Veličiny, ktoré opisujú makroskopické stavy, možno priamo poznať, ale veličiny, ktoré opisujú mikroskopické stavy, nie. Aby sme pochopili mikroskopický stav, môžeme skúmať vzťah medzi makroskopickými a mikroskopickými stavmi.
Máte storupiovú mincu? Storupiová minca má dve strany: jedna strana zobrazuje vtáka Garuda a druhá strana zobrazuje slovo 100 rupií. Takže napríklad, ak máte štyristo rupiových mincí... ak hodíte všetkých štyristo rupiových mincí na zem, pri jednom hode bude päť rôznych výsledkov:
Najprv sa objavia všetky obrázky vtáka Garuda (4 obrázky);
Po druhé, objavujú sa 3 obrázky vtáka Garuda, 1 nápis sto rupií (3 obrázky, 1 nápis);
Po tretie, objavujú sa 2 obrázky vtáka Garuda, 2 slová sto rupií (2 obrázky, 2 slová);
Po štvrté, objaví sa 1 obrázok vtáka Garuda, objavia sa 3 slová sto rupií (1 obrázok, 3 slová);
Po piate, objavujú sa slová sto rupií (4 slová)…
Týchto päť možných obrazov alebo nápisov nazývame makroskopické stavy (makro = veľký). Naopak, ak štyri mince reprezentujeme ako obrazy alebo nápisy, uvádzame mikroskopické stavy (mikro = malý).
Pri jednom hode existuje 16 možných mikroskopických stavov (Každá minca má dve šance. Štyri mince majú 16 šancí = 2 x 2 x 2 x 2 = 2 4 = 16). Najväčšia pravdepodobnosť je, že sa objavia 2 obrázky a 2 nápisy (Existuje 6 možných mikroskopických stavov z celkového počtu 16 mikroskopických stavov - 6/16 x 100 % = 37,5 %). Na druhej strane, najmenšia pravdepodobnosť je, že sa objavia 4 obrázky alebo 4 nápisy (Každý má 1 možný mikroskopický stav - 1/16 x 100 % = 6,25 %). To, o čom tu diskutujeme, je iba šanca alebo pravdepodobnosť... Ak hodíme mincou 16-krát, nie je isté, že sa 2 obrázky a 2 nápisy objavia 6-krát. Ale ak hodíme mincou tisíckrát, pravdepodobnosť, že sa objavia 2 obrázky a 2 nápisy, sa môže priblížiť k 37,5 %.
Lepšie je to dokázať... Prosím, hoďte štyristo rupií 100-krát (1000-krát, ak môžete 😉). Zaznamenajte si údaje získané pri jednom hode... Po 100-násobnom hode mincami zistíte, že najčastejšie sa objavujú 2 obrázky a 2 nápisy. Čím väčší je počet hodov, tým je pravdepodobnosť, že sa vám objavia 2 obrázky a 2 nápisy, blíži sa k 37,5 % z celkového počtu hodov.
Predtým sme sa pozerali iba na 4 mince. Ak zvýšime počet mincí, zvýši sa aj počet mikroskopických stavov. Napríklad, máme 100 mincí… Pri jednom hode je 2 100 = 1,27 x 10³⁴ možných mikroskopických stavov… Najväčšia pravdepodobnosť je, že sa objaví 50 obrázkov a 50 nápisov (Existuje 1,01 x 10²⁴ možných mikroskopických stavov z celkového počtu 1,27 x 10³⁴ mikroskopických stavov). Naopak, najmenšia pravdepodobnosť je, že sa objaví 100 obrázkov alebo 100 nápisov (Každý má iba 1 možný mikroskopický stav z celkového počtu 1,27 x 10³⁴ mikroskopických stavov). Veľmi malé a takmer nemožné… Ak máme 1000 mincí, pravdepodobnosť, že sa objaví 1000 obrázkov alebo 1000 nápisov, je samozrejme ešte menšia a čoraz menej pravdepodobná.
Aby sme to prepojili s konceptom entropie, môžeme predpokladať, že všetky obrázky alebo všetok text sú usporiadané usporiadane, zatiaľ čo polovica obrázkov a polovica textu sú usporiadané nepravidelne. Čím väčší počet mincí, tým menšia je pravdepodobnosť alebo šanca na usporiadanie (všetky obrázky alebo všetok text) a stáva sa takmer nemožným. Naopak, nepravidelné usporiadanie (polovica obrázkov a polovica textu) má oveľa väčšiu pravdepodobnosť alebo šancu. Z tohto výsledku vyplýva, že nepravidelnosť úzko súvisí s pravdepodobnosťou. Najpravdepodobnejší stav je nepravidelný stav, zatiaľ čo najnepravdepodobnejší stav je usporiadaný stav.
Všeobecné tvrdenie druhého termodynamického zákona, o ktorom sme hovorili skôr, hovorí, že entropia alebo neusporiadanosť sa vždy zvyšuje v každom nezvratnom procese. Toto tvrdenie druhého termodynamického zákona možno chápať ako pravdepodobnostné tvrdenie. To znamená, že každý proces prebiehajúci vo vesmíre je ten s najväčšou pravdepodobnosťou alebo príležitosťou. Druhý termodynamický zákon nezakazuje pokles entropie v každom nezvratnom procese, ale pravdepodobnosť je veľmi malá, takmer nemožná. Naopak, zvýšenie entropie má oveľa väčšiu pravdepodobnosť. Počet halierov, ktoré sme skúmali skôr, bol iba 100... v skutočnosti ich je 6,02 x 1023 molekuly… toto je veľmi veľké číslo. Možné mikroskopické stavy tohto čísla sú samozrejme veľmi veľké, takže akékoľvek usporiadanie má veľmi malú, takmer nemožnú šancu…
Ak nám padne pohár na zem, úlomky skla roztrúsené po podlahe sa môžu opäť zhromaždiť a vytvoriť celý pohár ako predtým. Šanca, že sa to stane, je však taká malá, že je to nemožné... keď je sklo stále neporušené, poloha molekúl je usporiadanejšia. Keď sklo padá, až kým sa nerozbije, takže úlomky skla sa roztrúsia po zemi, poloha molekúl sa naruší. Šanca na návrat do usporiadanej polohy je taká malá, že očakávať, že sa molekuly skla opäť zhromaždia, je nemožné. Ak sa dotkneme horúceho a studeného predmetu, teplo bude samo prúdiť z horúceho predmetu do studeného... horúce predmety majú molekuly, ktoré sa pohybujú náhodne a rýchlo, na druhej strane pohyb molekúl, ktoré tvoria studené predmety, nie je veľmi rýchly. Šanca, že sa tieto rýchlo sa pohybujúce molekuly narazia alebo prejdú k studenému predmetu, je oveľa väčšia ako šanca molekúl, ktoré sa pohybujú pomaly... kto je rýchly, ten to pochopí 😉 teplo sa môže prenášať zo studeného predmetu na horúci predmet, ale šanca, že sa to stane, je oveľa menšia.
Modré a červené guľôčky na obrázku vyššie by sa mohli vrátiť do svojho pôvodného, pravidelného usporiadania. Šanca na návrat k usporiadanému usporiadaniu je však oveľa menšia. Neusporiadané usporiadanie má oveľa väčšiu šancu. Podobne je to aj s voľným rozpínaním plynu v uzavretej nádobe. Nádoba má dve komory, ktoré sú oddelené bariérou. Spočiatku je plyn v ľavej komore. Po odstránení bariéry sa molekuly plynu zhromaždia do pravej komory. Pravá komora je prázdna, zatiaľ čo ľavá komora obsahuje molekuly, ktoré sa pohybujú náhodne. Po odstránení bariéry majú molekuly vysokú šancu prejsť do prázdnej komory. Je možné, aby všetky molekuly opäť zaplnili ľavú komoru po tom, čo molekuly zaplnia celý objem nádoby s dvoma komorami? Je to možné, ale pravdepodobnosť je veľmi malá. Len v jednom mole sa nachádza 6,02 x 1023 molekuly… pravdepodobnosť, že všetky molekuly sú v ľavom priestore, je 1 z milióna. Jedna z milióna je veľmi malá a takmer nemožná pravdepodobnosť…
Druhý termodynamický zákon nám hovorí, že každý proces prebiehajúci vo vesmíre je najpravdepodobnejším procesom. Smer, ktorým proces v prírode prebieha (smerom k vyššej entropii), je určený náhodou alebo pravdepodobnosťou... neporiadok má oveľa väčšiu pravdepodobnosť výskytu, a preto je pravdepodobnejšie, že sa vyskytne...
Entropia = šípka času
Entropia sa tiež nazýva šípka času, pretože nám hovorí smer, ktorým plynie čas. Smer každého prirodzeného procesu je smerom k neusporiadanosti. Ak pozorujeme opak, teda samotný neusporiadanosť, ktorá sa mení na usporiadanosť, môžeme povedať, že dej je obrátený. Ak vidíme rozptýlené úlomky skla na podlahe, ako sa opäť zhromažďujú a opäť tvoria celý pohár, môžeme povedať, že dej je obrátený. Toto sa v našom každodennom živote nikdy nedeje a ak by sa to stalo, porušilo by to druhý termodynamický zákon. V tomto prípade sa čas nikdy nepohybuje späť a neusporiadanosť sa nikdy automaticky nemení na usporiadanosť. Najpravdepodobnejším a najstálejším javom v našich životoch je, že poriadok sa vždy pohybuje smerom k neusporiadanosti; čas sa vždy pohybuje dopredu, nie dozadu. Ak sa starý človek zmení na dieťa, považovali by sme to za abnormálne a za porušenie druhého termodynamického zákona.
