Entropy Matter
Sa nakaraang talakayan, pinag-aralan natin ang ilang partikular na pahayag ng ikalawang batas ng termodinamika. Dapat tandaan na ang mga partikular na pahayag na ito ay maaari lamang magpaliwanag ng ilang prosesong hindi na mababawi. Ang pahayag ni Clausius ay nagpapaliwanag lamang ng paglipat ng init at ang kaugnayan nito sa prinsipyo ng paggana ng mga refrigerator. Ang mga pahayag nina Kelvin at Planck ay nauugnay sa prinsipyo ng paggana ng mga heat engine . Sa esensya, ang dalawang pahayag na ito ay nauugnay sa paglipat ng init. Maraming iba pang mga prosesong hindi na mababawi na hindi maipaliwanag gamit ang dalawang pahayag na ito.
Ang tiyak na pahayag ng ikalawang batas ng termodinamika ay hindi maaaring magpaliwanag ng lahat ng hindi maibabalik na proseso, kaya kailangan natin ng mas pangkalahatang pahayag. Ang pangkalahatang pahayag na ito ay inaasahang magpapaliwanag ng lahat ng hindi maibabalik na proseso na nangyayari sa sansinukob. Ang pangkalahatang pahayag ng ikalawang batas ng termodinamika ay binuo lamang noong kalagitnaan ng ikalabinsiyam na siglo, sa pamamagitan ng isang dami na tinatawag na entropy (S). Ang entropy ay maaaring ituring na isang sukatan ng kaguluhan. Ang dami ng entropy ay unang ipinakilala ni Clausius at hinango mula sa Carnot cycle (isang perpektong heat engine). Ayon kay Clausius, ang magnitude ng pagbabago sa entropy na nararanasan ng isang sistema, kapag ang sistema ay tumatanggap ng karagdagang init (Q) sa isang pare-parehong temperatura, ay ipinapahayag ng equation:
Ang entropy ay isang dami na naglalarawan sa mikroskopikong estado ng isang sistema at samakatuwid ay hindi maaaring direktang masukat. Sinusuri lamang natin ang pagbabago sa entropy. Ito ay katulad ng pagbabago sa enerhiya sa unang batas ng thermodynamics.
Halimbawang tanong 1:
Ang isang dami ng gas sa isang lalagyan ay sumasailalim sa adiabatic expansion. Ano ang pagbabago sa entropy ng gas?
Pagtalakay
Sa panahon ng prosesong adiabatic, walang init na pumapasok o lumalabas sa sistema (gas). Dahil ang Q = 0, ΔS = 0. Ang entropy ng sistema ay nananatiling pare-pareho. Paano naman ang adiabatic compression? Pareho lang ito. Sa panahon ng adiabatic compression, walang init na pumapasok o lumalabas sa sistema (Q = 0). Samakatuwid, ang entropy ng sistema ay pare-pareho.
Halimbawang tanong 2:
Ang isang makinang Carnot ay tumatanggap ng 2000 J ng init sa 500 K, gumagana, at tumatanggi sa isang tiyak na dami ng init sa 350 K. Tukuyin ang dami ng init na tinanggi at ang kabuuang pagbabago sa entropy sa makina sa loob ng isang siklo.
Pagtalakay
Kung ang sistema ay tumatanggap ng init, ang Q ay positibo, kung ang sistema ay naglalabas ng init, ang Q ay negatibo. Ang sistema para sa kasong ito ay isang Carnot engine.
Sa isang siklo, ang isang makinang Carnot ay sumasailalim sa dalawang prosesong isothermal na nababaligtad (isothermal expansion + isothermal compression) at dalawang prosesong adiabatic na nababaligtad (adiabatic expansion at adiabatic compression). Sa panahon ng prosesong adiabatic expansion at compression, walang init na pumapasok o lumalabas sa sistema (Q = 0). Dahil ang Q = 0, ang pagbabago sa entropy sa panahon ng prosesong adiabatic = 0.
Sa panahon ng isothermal expansion, ang makina ay sumisipsip ng 2000 J ng init (Q) sa temperaturang (T) na 500 K. Dahil sinisipsip ng makina ang init, ang Q ay positibo. Ang pagbabago sa entropy ng makina sa panahon ng isothermal expansion ay:
Sa panahon ng isothermal compression, tinatanggihan ng makina ang 1400 J ng init (Q) sa temperaturang (T) na 350 K. Dahil tinatanggihan ng makina ang init, ang Q ay may negatibong tanda. Ang pagbabago sa entropy ng makina sa panahon ng isothermal compression ay:
Kabuuang pagbabago sa entropy = 4 J/K ‐ 4 J/K = 0
Halimbawang tanong 3:
Ang isang heat engine ay tumatanggap ng 600 Joules ng init (Q) sa temperaturang 300 o C, gumagana at tumatanggi sa isang tiyak na dami ng init sa temperaturang 100 o C. Tukuyin ang dami ng init na tinanggi at ang kabuuang pagbabago sa entropy sa makina sa loob ng isang cycle...
Pagtalakay
T H = 300 K
QH = 600 J
T L = 100 K
QL =?
Sa isang siklo, ang isang makinang Carnot ay sumasailalim sa dalawang prosesong isothermal na nababaligtad (isothermal expansion + isothermal compression) at dalawang prosesong adiabatic na nababaligtad (adiabatic expansion at adiabatic compression). Sa panahon ng prosesong adiabatic expansion at compression, walang init na pumapasok o lumalabas sa sistema (Q = 0). Dahil ang Q = 0, ang pagbabago sa entropy sa panahon ng prosesong adiabatic = 0.
Sa panahon ng isothermal expansion, ang makina ay sumisipsip ng 600 J ng init (Q) sa temperaturang (T) na 300 K. Dahil sinisipsip ng makina ang init, ang Q ay positibo. Ang pagbabago sa entropy ng makina sa panahon ng isothermal expansion ay:
Sa panahon ng isothermal compression, tinatanggihan ng makina ang 200 J ng init (Q) sa temperaturang (T) na 100 K. Dahil tinatanggihan ng makina ang init, ang Q ay may negatibong tanda. Ang pagbabago sa entropy ng makina sa panahon ng isothermal compression ay:
Kabuuang pagbabago sa entropy = 2 J/K ‐ 2 J/K = 0
Mula sa halimbawang tanong bilang 2 at halimbawang tanong bilang 3, lumalabas na ang kabuuang pagbabago ng entropy para sa isang prosesong nababaligtad = 0. Sa madaling salita, sa isang prosesong nababaligtad, ang kabuuang entropy ay palaging pare-pareho.
Halimbawang tanong 4:
Ang isang 2 kg na ice cube ay may temperaturang 0 ° C. Ang ice cube ay inilalagay sa isang lalagyan at inilalantad sa sikat ng araw. Dahil sa karagdagang init mula sa hangin at araw, natutunaw ang yelo. Tukuyin ang pagbabago sa entropy ng yelo. (Ang init ng pagsasanib ng tubig = 3,34 x 105 J /Kg)
Pagtalakay
Mass ng yelo = 2 kg
Temperatura ng yelo = 0 o C + 273 = 273 K
Init ng pagsasanib ng tubig = 3,34 x 105 J/Kg
Ang init na kinakailangan upang matunaw ang 2 kg ng yelo sa tubig:
Q = mL
Q = (2 kg)(3,34 x 105 J /Kg)
Q = 6,68 x 10 5 J
Q = 668 x 10 3 J
Sa proseso ng pagkatunaw (yelo tungo sa tubig), ang temperatura ay hindi nagbabago. Dahil ang temperatura ay hindi nagbabago, ang pagbabago sa entropy ng yelo ay kinakalkula.
Halimbawang tanong 5:
Ang isang basong tubig sa temperaturang 26 o C ay hinaluan ng isang basong tubig sa temperaturang 22 o C. Kung ang masa ng tubig sa baso ay 2 kg, tukuyin ang pagbabago sa entropy ng tubig. Ipagpalagay na ang mainit na tubig at malamig na tubig ay hinalo sa isang sarado at maayos na insulasyon na lalagyan. Ang paglipat ng init ay isang prosesong hindi na mababago.
Pagtalakay
Tiyak na init ng tubig (c) = 4180 J/Kg C₂o
Masa ng tubig = 2 Kg (parehong masa ng tubig).
Dahil pareho ang masa ng tubig, ang huling temperatura ng timpla = 24 o C (26 o C + 22 o C / 2 = 48 o C / 2 = 24 o C).
Ang dami ng init na inilalabas ng mainit na tubig kapag bumaba ang temperatura nito mula 26 o C – 24 o 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
Ang dami ng init na hinihigop ng malamig na tubig kapag ang temperatura nito ay tumaas mula 22 o C – 24 o 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
Kabuuang pagbabago sa entropy = Pagbabago sa entropy ng mainit na tubig + pagbabago sa entropy ng malamig na tubig
Karaniwang temperatura ng mainit na tubig = (26 o C + 24 o C) / 2 = 50 o C / 2 = 25 o C ‐‐‐‐ 25 + 273 = 298 K
Karaniwang temperatura ng malamig na tubig = (22 o C + 24 o C) / 2 = 46 o C / 2 = 23 o C ‐‐‐‐ 23 + 273 = 296 K
Ang mainit na tubig ay naglalabas ng init, kaya negatibo ang Q. Sa kabaligtaran, ang malamig na tubig ay sumisipsip ng init, kaya positibo ang Q. Tandaan ang kumbensyon ng simbolo ng Q (unang batas ng termodinamika).
Δ S Kabuuan = Δ S mainit na tubig + Δ S malamig na tubig
Δ S Kabuuan = ‐ 56,107 J/K + 56,486 J/K
Kabuuang ΔS = 0,379 J/K
Ang kabuuang entropy ay tumataas ng 0,379 J/K
Bagama't bumababa ang entropy ng ilang bahagi ng sistema (‐56,107 J/K), ang entropy ng ilang bahagi ng sistema ay tumataas nang mas malaki (+ 56,486 J/K) kaya't ang kabuuang entropy ay palaging tumataas (+ 0,379 J/K).
Ang pagtaas ng kabuuang entropy sa isang prosesong hindi na mababawi ay hindi lamang naaangkop sa paglipat ng init sa pagitan ng pinaghalong mainit at malamig na tubig na aming sinuri sa itaas, kundi naaangkop din sa lahat ng mga kasong pinag-aralan ng mga siyentipiko. Ang kabuuang entropy ay palaging nananatiling pare-pareho kung ang proseso ay nababaligtad. Kung ang proseso ay hindi na mababawi, ang kabuuang entropy ay palaging tumataas.
Sa esensya, lahat ng natural na proseso sa ating pang-araw-araw na buhay ay hindi maaaring pawalang-bisa, kaya ang kabuuang entropy ay hindi maiiwasang tumataas. Ang katotohanang ito ay nakabuod sa sumusunod na linya:
Sa isang hindi maibabalik na proseso, ang kabuuang entropy ng sistema at ng mga nakapalibot na bagay ay palaging tumataas.
Ang pangungusap na ito na naka-italiko ay isang pangkalahatang pahayag ng ikalawang batas ng termodinamika. Ang ikalawang batas ng termodinamika ay medyo naiiba sa ibang mga batas ng pisika. Karaniwan, ang mga batas pisikal ay ipinapahayag bilang mga ekwasyon (hal., mga batas ni Newton) o bilang mga batas ng konserbasyon (hal., ang batas ng konserbasyon ng enerhiya).
Ang entropy ay isang sukatan ng kaguluhan
Ang entropy ay maaaring ituring na isang sukatan ng disorder. Kaugnay ng pangkalahatang pahayag ng ikalawang batas ng thermodynamics, ang disorder ay may posibilidad na tumaas sa mga prosesong hindi na mababawi. Sa madaling salita, ang bawat prosesong hindi na mababawi ay mahalagang humahantong sa isang estado ng disorder. Ang kahulugan ng disorder dito ay maaaring hindi malinaw, kaya ipapaliwanag ito gamit ang mga halimbawa ng mga prosesong hindi na mababawi na nangyayari sa pang-araw-araw na buhay.
Mahalagang tandaan na ang konsepto ng entropy ay orihinal na iniuugnay lamang sa mga prosesong hindi na mababawi na kinasasangkutan ng mga pagbabago sa anyo ng enerhiya at paglilipat ng enerhiya. Matapos itong mapakawalan mula sa tangkay nito at malayang mahulog hanggang sa tumama ito sa lupa, ang mangga ay hindi kailanman dumudulas pataas. Ang isang aklat na ating itinutulak at pagkatapos ay humihinto ay hindi kailanman bumabalik sa atin. Ito ang ilang halimbawa ng mga prosesong hindi na mababawi na may kaugnayan sa mga pagbabago sa anyo ng enerhiya at ang paglilipat ng enerhiya mula sa isang bagay patungo sa isa pa. Ang mga prosesong ito ay nangyayari lamang sa isang direksyon, ngunit hindi kailanman sa kabilang direksyon. Ang mangga ay hindi kailanman dumudulas pataas nang mag-isa dahil ang panloob na enerhiya nito ay nababago sa kinetic energy . Ang isang aklat ay hindi kailanman dumudulas patungo sa atin dahil ang init na nalilikha ng friction ay nababago sa kinetic energy.
Ang mga prosesong hindi na mababaligtad na nangyayari sa sansinukob ay hindi lamang nauugnay sa mga pagbabago sa mga anyo ng enerhiya at paglilipat ng enerhiya. Pagkatapos ipanganak, tayo ay lumalaki at nagiging mga sanggol, bata, tinedyer, matatanda, pagkatapos ay tumatanda at nabubulok at sa huli ay namamatay 😉 Nakakita ka na ba ng isang matandang tao na naging sanggol? Hindi kailanman… Ang cellphone na ginagamit natin ay nagiging mapurol at nasisira sa paglipas ng panahon… Ang isang bagong kotse na sa simula ay makinis at malakas ay nagiging hindi na makinis at mahina pagkatapos mong gamitin ito nang ilang taon. Nakakita ka na ba ng isang lumang kotse na biglang naging bago muli? O ang iyong paboritong cellphone ay nagiging mas makinis at bumubuti araw-araw? Hindi kailanman… Pagkatapos gamitin, ang cellphone ay nagiging mapurol at nasisira. Ang mga kotse ay pareho… Ito ang ilang mga halimbawa ng mga prosesong hindi na mababaligtad na walang kinalaman sa mga pagbabago sa mga anyo ng enerhiya at paglilipat ng enerhiya…. Ngayon, matapos mapagtanto na ang lahat ng natural na proseso na nangyayari sa sansinukob ay hindi na mababaligtad, ang konsepto ng entropy ay nagiging mas malawak. Ang talakayan ay hindi lamang sumasaklaw sa mga prosesong termodinamika kundi kabilang din ang maraming iba pang mga prosesong hindi na mababaligtad sa sansinukob.
Ngayon, ating talakayin ang ilang prosesong hindi na mababawi na nangyayari sa pang-araw-araw na buhay. Una, isaalang-alang natin ang isang simpleng prosesong hindi na mababawi. Ito ay isang panimula lamang, upang maunawaan mo ang konsepto ng entropy at ang kaugnayan nito sa mga prosesong hindi na mababawi.
Halimbawa, ipagpalagay na mayroon kang ilang pula at asul na mga marmol. Ang mga marmol ay inilalagay sa isang lalagyan. Ang mga asul na marmol ay maayos na nakaayos sa ilalim, habang ang mga pulang marmol ay maayos na nakaayos sa itaas (kaliwang larawan). Ang pagkakaayos ng iyong mga marmol sa lalagyan ay mukhang napakaayos... Ang ilalim ay pawang asul, ang itaas ay pawang pula.
Sunod, inalog o inalog mo ang lalagyan pataas at pababa. Dahil ang lalagyan ay ginagalaw pataas at pababa, ang pagkakaayos ng mga marbles na noong una ay napaka-regular ay nagbabago upang maging iregular muli (kanang larawan). Ang pula at asul na mga marbles ay pinaghahalo 😉 Habang mas inaalog mo ito, ang pagkakaayos ng mga marbles ay nagiging mas iregular… Posible ba na pagkatapos inalog, ang pagkakaayos ng mga marbles ay maging regular gaya ng dati? Imposible… Pakipatunayan mo kung hindi ka naniniwala. Imposibleng maging regular ang mga marbles gaya ng dati… Ito ay isang halimbawa ng isang hindi na mababawi na proseso. Matapos maranasan ang isang hindi na mababawi na proseso, ang pagkakaayos ng mga marbles na noong una ay napaka-regular ay nagiging iregular. Ang pagiging regular ay naging iregularidad…
Ganito rin ang nangyayari sa iba pang mga prosesong hindi na mababawi. Kapag dumampi tayo sa isang mainit na bagay at isang malamig na bagay, awtomatikong dadaloy ang init mula sa mainit na bagay patungo sa malamig na bagay… Hihinto ang daloy ng init kapag ang dalawang bagay na magkadikit ay umabot sa parehong temperatura. Ang prosesong ito ay hindi na mababawi… Sa simula, mayroon tayong dalawang kaayusan ng mga molekula, ang mga molekula na may malaking average kinetic energy (ang mga molekula na bumubuo sa mainit na bagay) at mga molekula na may maliit na average kinetic energy (ang mga molekula na bumubuo sa malamig na bagay). Matapos maabot ng mainit na bagay at malamig na bagay ang parehong temperatura (ang mga molekula ay may parehong average kinetic energy), hindi na natin mapag-iiba ang dalawang kaayusan ng mga molekula. Ang kaayusan ng mga molekula na sa simula ay regular ay nagbabago upang maging iregular. Katulad ng kaayusan ng mga marmol sa itaas… Matapos maabot ng dalawang bagay ang parehong temperatura, ang regular na kaayusan ng mga molekula ay nagbabago sa iregularidad (ang iregularidad ay tumataas dahil sa hindi na mababawi na paglipat ng init).
Bukod pa rito, ang daloy ng init mula sa isang mainit na bagay patungo sa isang malamig na bagay ay maaaring ituring na daloy ng init mula sa isang rehiyon na may mataas na temperatura patungo sa isang rehiyon na may mababang temperatura sa isang heat engine. Ang daloy ng init mula sa isang rehiyon na may mataas na temperatura patungo sa isang rehiyon na may mababang temperatura ay nagbibigay-daan sa isang heat engine na magsagawa ng trabaho. Ang isang heat engine ay hindi maaaring magsagawa ng trabaho nang walang daloy ng init. Kaya, maaari tayong magtatag ng isang ugnayan sa pagitan ng laki ng disorder at ang kakayahang magsagawa ng trabaho. Pagkatapos maabot ang parehong temperatura, wala nang daloy ng init mula sa mainit na bagay patungo sa malamig na bagay (lumiliit ang disorder). Dahil ang kawalan ng daloy ng init ay pumipigil sa isang heat engine na magsagawa ng trabaho, masasabi nating ang isang sistema na hindi maaaring magsagawa ng trabaho ay may mataas na disorder, habang ang isang sistema na maaaring magsagawa ng trabaho ay may mababang disorder…
Mula sa mga resultang ito, makakabuo tayo ng mga konklusyon tungkol sa ugnayan sa pagitan ng mga anyo ng enerhiya at ang sukat ng kaguluhan. Sa madaling salita, ang anyo ng enerhiya na maaaring gamitin upang magsagawa ng trabaho ay ang potensyal na enerhiya. Ang potensyal na enerhiya ng grabidad ng tubig ay maaaring gamitin upang paandarin ang isang turbina. Ang potensyal na enerhiya ng kemikal sa langis ay maaaring gamitin upang paandarin ang isang sasakyan. Ang potensyal na enerhiya ng kemikal sa ating mga katawan ay maaaring gamitin upang magtrabaho, maglakbay, mag-aral… Ang potensyal na enerhiya ng grabidad ng mangga ay maaaring gamitin upang ayusin ang isang tagas sa bubong ng isang bahay 😉 Dahil ang mga kapaki-pakinabang na anyo ng enerhiya ay maaaring gamitin upang magsagawa ng trabaho, masasabi nating ang mga kapaki-pakinabang na anyo ng enerhiya ay mas maayos, habang ang mga walang silbing anyo ng enerhiya ay mas magulo. Ang mga anyo ng walang silbing enerhiya ay panloob na enerhiya at init… Pagkatapos tumama sa lupa, ang mangga ay hindi na muling dumudulas pataas dahil ang panloob na enerhiya ay na-convert sa kinetic energy…
Matapos nating itulak ang libro, gumagalaw ang libro. Ang pagkakaroon ng friction ay nagpapahinto sa paggalaw ng libro… Sa kasong ito, ang kinetic energy ng libro ay naging init (ang init ay nagmumula sa friction). Sa katotohanan, ang librong ito ay hindi pa rin dumudulas pabalik sa atin dahil ang init ay naging kinetic energy… Ipinapakita ng dalawang halimbawang ito na ang init ay dalawang walang silbing anyo ng enerhiya. Ang mga walang silbing anyo ng enerhiya ay hindi maaaring gamitin upang gumawa ng trabaho. Kaya, masasabi nating ang init at panloob na enerhiya ay may mataas na iregularidad…
Sa madaling salita, ang proseso ng pagpapalit ng anyo ng enerhiya, mula sa isang kapaki-pakinabang na anyo ng enerhiya patungo sa isang walang silbing anyo ng enerhiya ay palaging nagpapataas ng kaguluhan… Sa salitang balbal, ang entropy ay palaging tumataas habang binabago ang anyo ng enerhiya… Dahil ang entropy ay palaging tumataas sa paglipas ng panahon, lahat ng kapaki-pakinabang na anyo ng enerhiya ay magbabago sa mga walang silbing anyo. Ang enerhiya ay palaging makokonserba sa proseso ng pagpapalit ng anyo ng enerhiya, ngunit ang anyo ng enerhiya na maayos at maaaring gamitin upang gumawa ng trabaho ay nagbabago sa isang hindi regular na anyo at hindi maaaring gamitin upang gumawa ng trabaho…
Entropy at mga istatistika
Nauna nang napag-usapan natin na ang entropy ay isang sukatan ng disorder. Ang bawat prosesong hindi na mababawi ay mahalagang humahantong sa isang estado ng mataas na disorder. Ang ideyang ito ay maaaring mukhang abstrakto at hindi malinaw. Upang mas maunawaan ang konsepto ng entropy, maaari tayong gumamit ng istatistikal na pamamaraan. Ang pag-unawa sa konsepto ng entropy gamit ang istatistikal na pamamaraan ay unang ginamit ni Ludwig Boltzmann (1844–1906).
Sa simula ng artikulong ito, ipinaliwanag na ang entropy ay isang dami na naglalarawan sa mikroskopikong estado ng isang sistema. Ang mga dami na naglalarawan sa mga makroskopikong estado ay maaaring direktang malaman, ngunit ang mga dami na naglalarawan sa mga mikroskopikong estado ay hindi. Upang maunawaan ang mikroskopikong estado, maaari nating suriin ang ugnayan sa pagitan ng mga makroskopikong at mikroskopikong estado.
Mayroon ka bang baryang isandaang rupiah? Ang baryang isandaang rupiah ay may dalawang gilid: ang isang gilid ay naglalarawan ng ibong Garuda at ang kabilang gilid ay naglalarawan ng salitang 100 rupiah. Kaya, halimbawa, kung mayroon kang apat na raang rupiah na barya… kung ihahagis mo ang lahat ng apat na raang rupiah na barya sa sahig, magkakaroon ng limang magkakaibang resulta sa isang paghagis:
Una, lilitaw ang lahat ng mga imahe ng ibong Garuda (4 na imahe);
Pangalawa, lumitaw ang 3 larawan ng ibong Garuda, 1 sulat na nagkakahalaga ng isang daang rupiah (3 larawan, 1 sulat);
Pangatlo, lilitaw ang 2 larawan ng ibong Garuda, 2 salitang isandaang rupiah (2 larawan, 2 salita);
Pang-apat, lilitaw ang 1 larawan ng ibong Garuda, lilitaw ang 3 salitang isandaang rupiah (1 larawan, 3 salita);
Panglima, lumalabas ang mga salitang isang daang rupiah (4 na salita)…
Tinatawag natin ang limang posibleng imahe o sulating ito na makroskopikong estado (makro = malaki). Sa kabaligtaran, kung irerepresenta natin ang apat na barya bilang mga imahe o sulatin, ipinapahayag natin ang mga mikroskopikong estado (mikro = maliit).
Sa isang paghagis, mayroong 16 na posibleng mikroskopikong estado (Ang bawat barya ay may dalawang pagkakataon. Apat na barya ay may 16 na pagkakataon = 2 x 2 x 2 x 2 = 2 = 4 = 16). Ang pinakamalaking probabilidad ay ang paglitaw ng 2 larawan at 2 sulatin (Mayroong 6 na posibleng mikroskopikong estado mula sa kabuuang 16 na mikroskopikong estado - 6/16 x 100% = 37,5%). Sa kabilang banda, ang pinakamaliit na probabilidad ay ang paglitaw ng 4 na larawan o 4 na sulatin (Ang bawat isa ay may 1 posibleng mikroskopikong estado - 1/16 x 100% = 6,25%). Ang tinatalakay natin dito ay ang pagkakataon o probabilidad lamang... Kung maghahagis tayo ng mga barya ng 16 na beses, hindi tiyak na lilitaw ang 2 larawan at 2 sulatin ng 6 na beses. Ngunit kung maghahagis tayo ng mga barya ng libu-libong beses, ang probabilidad ng paglitaw ng 2 larawan at 2 sulatin ay maaaring lumapit sa 37,5%.
Mas mabuting patunayan ito... Pakihagis ng apat na raang rupiah na barya nang 100 beses (1000 beses kung kaya mo 😉). Itala ang datos na nakuha sa isang paghagis... Pagkatapos ihagis ang mga barya nang 100 beses, makikita mong 2 larawan at 2 sulat ang pinakamadalas na lumalabas. Kung mas marami ang bilang ng mga paghagis, ang probabilidad na makakuha ng 2 larawan at 2 sulat ay umaabot sa 37,5% ng kabuuang bilang ng mga paghagis.
Dati, 4 na barya lang ang tiningnan natin. Kung dadagdagan natin ang bilang ng mga barya, tataas din ang bilang ng mga mikroskopikong estado. Halimbawa, mayroon tayong 100 barya… Sa isang paghagis, mayroong 2 100 = 1,27 x 1030 posibleng mikroskopikong estado… Ang pinakamalaking probabilidad ay ang 50 larawan at 50 sulatin ang lilitaw (Mayroong 1,01 x 1029 na posibleng mikroskopikong estado mula sa kabuuang 1,27 x 1030 mikroskopikong estado). Sa kabaligtaran, ang pinakamaliit na probabilidad ay ang 100 larawan o 100 sulatin ang lilitaw (Ang bawat isa ay mayroon lamang 1 posibleng mikroskopikong estado mula sa kabuuang 1,27 x 1030 mikroskopikong estado). Napakaliit at halos imposible… Kung mayroon tayong 1000 barya, ang probabilidad ng paglitaw ng 1000 larawan o 1000 sulatin ay siyempre mas maliit at lalong nagiging imposible.
Upang maiugnay ito sa konsepto ng entropy, maaari nating ipagpalagay na ang lahat ng mga imahe o lahat ng teksto ay nasa maayos na pagkakaayos, habang ang kalahati ng mga imahe at kalahati ng teksto ay nasa hindi regular na pagkakaayos. Kung mas malaki ang bilang ng mga barya, mas maliit ang probabilidad o pagkakataon na magkaroon ng maayos na pagkakaayos (lahat ng mga imahe o lahat ng teksto), at halos imposible itong mangyari. Sa kabaligtaran, ang hindi regular na pagkakaayos (kalahati ng mga imahe at kalahati ng teksto) ay may mas malaking probabilidad o pagkakataon. Mula sa resultang ito, lumalabas na ang hindi regular na pagkakaayos ay malapit na nauugnay sa probabilidad. Ang pinakamalamang na estado ay isang hindi regular na estado, habang ang pinakamalayong hindi pagkakaayos ay isang maayos na estado.
Ang pangkalahatang pahayag ng ikalawang batas ng termodinamika, na ating tinalakay kanina, ay nagsasaad na ang entropy, o disorder, ay palaging tumataas sa bawat prosesong hindi na mababawi. Ang pahayag na ito ng ikalawang batas ng termodinamika ay maaaring maunawaan bilang isang pahayag ng probabilidad. Nangangahulugan ito na ang bawat prosesong nagaganap sa sansinukob ay ang may pinakamalaking probabilidad o pagkakataon. Ang ikalawang batas ng termodinamika ay hindi nagbabawal sa pagbaba ng entropy sa bawat prosesong hindi na mababawi, ngunit ang probabilidad ay napakaliit, halos imposible pa nga. Sa kabaligtaran, ang pagtaas ng entropy ay may mas malaking probabilidad. Ang bilang ng mga sentimo na ating isinaalang-alang kanina ay 100 lamang… sa katotohanan, mayroong 6,02 x 1023 na molekula sa isang mole … ito ay isang napakalaking bilang. Ang mga posibleng mikroskopikong estado ng bilang na ito ay siyempre napakalaki, kaya ang probabilidad ng kaayusan ay napakaliit, halos imposible…
Kung maghuhulog tayo ng baso sa sahig, ang mga piraso ng baso na nakakalat sa sahig ay maaaring magtipon muli at bumuo ng isang buong baso gaya ng dati. Ngunit ang posibilidad na mangyari ito ay napakaliit kaya imposible... kapag buo pa rin ang baso, ang posisyon ng mga molekula ay mas maayos. Kapag ang baso ay bumagsak hanggang sa mabasag ito kaya't ang mga piraso ng baso ay nagkalat sa lupa, ang posisyon ng mga molekula ay nagiging hindi maayos. Ang posibilidad na bumalik sa isang maayos na posisyon ay napakaliit kaya imposibleng asahan na magtipon muli ang mga molekula ng salamin. Kung hahawakan natin ang isang mainit na bagay at isang malamig na bagay, ang init ay dadaloy nang mag-isa mula sa mainit na bagay patungo sa malamig na bagay... ang mga mainit na bagay ay may mga molekula na gumagalaw nang random at mabilis, sa kabilang banda, ang paggalaw ng mga molekula na bumubuo sa malamig na bagay ay hindi masyadong mabilis. Ang posibilidad na ang mga mabibilis na gumagalaw na molekula na ito ay magbanggaan o tumawid sa malamig na bagay ay mas malaki kaysa sa posibilidad na ang mga molekula ay gumagalaw nang mabagal... sinumang mabilis ay makakakuha nito 😉 ang init ay maaaring lumipat mula sa isang malamig na bagay patungo sa isang mainit na bagay, ngunit ang posibilidad na mangyari ito ay mas maliit.
Ang mga asul at pulang marmol sa ilustrasyon sa itaas ay maaaring bumalik sa kanilang orihinal at regular na pagkakaayos. Ngunit ang posibilidad na bumalik sa isang maayos na pagkakaayos ay mas maliit. Ang isang hindi maayos na pagkakaayos ay may mas malaking posibilidad. Gayundin, sa malayang paglawak na nararanasan ng gas sa isang saradong lalagyan. Ang lalagyan ay may dalawang silid, kung saan ang dalawang silid ay pinaghihiwalay ng isang harang. Sa una, ang gas ay nasa kaliwang silid. Kapag natanggal ang harang, ang mga molekula ng gas ay magkukumpulan upang tumawid sa kanang silid. Ang kanang silid ay walang laman, habang ang kaliwang silid ay naglalaman ng mga molekula na gumagalaw nang random. Kapag natanggal ang harang, ang mga molekula ay may malaking pagkakataon na tumawid sa walang laman na silid. Matapos mapuno ng mga molekula ang buong volume ng lalagyan na may dalawang silid, posible ba para sa lahat ng mga molekula na mapuno muli ang kaliwang silid? Posible, ngunit ang probabilidad ay napakaliit. Sa isang nunal lamang, mayroong 6,02 x 1023 na mga molekula ... ang probabilidad na ang lahat ng mga molekula ay nasa kaliwang silid ay 1 sa isang milyong posibilidad. Ang isa sa isang milyon ay isang napakaliit na pagkakataon at halos imposible...
Sinasabi sa atin ng ikalawang batas ng termodinamika na ang bawat prosesong nagaganap sa sansinukob ay ang pinakamalamang na proseso. Ang direksyon kung saan nagpapatuloy ang isang proseso sa kalikasan (patungo sa mas mataas na entropy) ay natutukoy ng pagkakataon o probabilidad… ang kaguluhan ay may mas malaking posibilidad na maganap at samakatuwid ay mas malamang na mangyari…
Entropy = palaso ng oras
Ang entropy ay tinatawag ding palaso ng oras dahil sinasabi nito sa atin ang direksyon ng paglipas ng oras. Ang direksyon ng bawat natural na proseso ay patungo sa kaguluhan. Kung mapapansin natin ang kabaligtaran, ibig sabihin, ang kaguluhan mismo ay nagiging kaayusan, masasabi nating ang pangyayari ay nabaligtad. Kung makakakita tayo ng mga nakakalat na piraso ng salamin sa sahig na muling nagtitipon at bumubuo muli ng isang buong salamin, masasabi nating ang pangyayari ay nabaligtad. Hindi ito kailanman nangyayari sa ating pang-araw-araw na buhay, at kung nangyari ito, lalabagin nito ang ikalawang batas ng thermodynamics. Sa kasong ito, ang oras ay hindi kailanman umaatras at ang kaguluhan ay hindi kailanman awtomatikong nagbabago sa kaayusan. Ang pinakamalamang at palaging pangyayari sa ating buhay ay ang kaayusan ay palaging patungo sa kaguluhan; ang oras ay palaging sumusulong, hindi paurong. Kung ang isang matandang tao ay nagiging sanggol, ituturing natin itong abnormal at isang paglabag sa ikalawang batas ng thermodynamics.
