Entropi Maddesi
Önceki tartışmada, termodinamiğin ikinci yasasının birkaç özel ifadesini inceledik. Bu özel ifadelerin yalnızca belirli geri dönüşümsüz süreçleri açıklayabileceğini belirtmek gerekir. Clausius ifadesi yalnızca ısı transferini ve bunun buzdolaplarının çalışma prensibiyle ilişkisini açıklar. Kelvin ve Planck ifadeleri ise ısı motorlarının çalışma prensibiyle ilgilidir . Esasen, bu iki ifade ısı transferiyle ilgilidir. Bu iki ifade kullanılarak açıklanamayan birçok başka geri dönüşümsüz süreç de vardır.
Termodinamiğin ikinci yasasının özel ifadesi tüm geri dönüşümsüz süreçleri açıklayamaz, bu nedenle daha genel bir ifadeye ihtiyacımız var. Bu genel ifadenin evrende meydana gelen tüm geri dönüşümsüz süreçleri açıklaması bekleniyor. Termodinamiğin ikinci yasasının genel ifadesi, ancak on dokuzuncu yüzyılın ortalarında, entropi (S) adı verilen bir nicelik aracılığıyla formüle edilmiştir. Entropi, düzensizliğin bir ölçüsü olarak düşünülebilir. Entropi niceliği ilk olarak Clausius tarafından tanıtılmış ve Carnot döngüsünden (mükemmel bir ısı motoru) türetilmiştir. Clausius'a göre, bir sistem sabit bir sıcaklıkta ek ısı (Q) aldığında, sistemin yaşadığı entropi değişiminin büyüklüğü şu denklemle ifade edilir:
Entropi, bir sistemin mikroskobik durumunu tanımlayan bir niceliktir ve bu nedenle doğrudan ölçülemez. Biz sadece entropideki değişimi inceleriz. Bu, termodinamiğin birinci yasasındaki enerji değişimine benzer.
Örnek soru 1:
Bir kapta bulunan bir miktar gaz, adyabatik genleşmeye uğrar. Gazın entropisindeki değişim nedir?
Pembahasan
Adyabatik bir süreçte, sisteme (gaza) ısı girmez veya sistemden ısı çıkmaz. Q = 0 olduğundan, ΔS = 0 olur. Sistemin entropisi sabit kalır. Peki ya adyabatik sıkıştırma? Esasen aynı. Adyabatik sıkıştırma sırasında sisteme ısı girmez veya sistemden ısı çıkmaz (Q = 0). Bu nedenle, sistemin entropisi sabittir.
Örnek soru 2:
Bir Carnot motoru 500 K sıcaklıkta 2000 J ısı alır, iş yapar ve 350 K sıcaklıkta belirli bir miktarda ısıyı dışarı atar. Bir çevrim sırasında dışarı atılan ısı miktarını ve motordaki toplam entropi değişimini belirleyin.
Pembahasan
Sistem ısı alıyorsa Q pozitiftir, sistem ısı veriyorsa Q negatiftir. Bu durumda sistem bir Carnot motorudur.
Bir Carnot motoru, bir çevrim boyunca iki tersinir izotermal işlem (izotermal genleşme + izotermal sıkıştırma) ve iki tersinir adyabatik işlem (adyabatik genleşme ve adyabatik sıkıştırma) geçirir. Adyabatik genleşme ve sıkıştırma işlemleri sırasında sisteme ısı girmez veya sistemden ısı çıkmaz (Q = 0). Q = 0 olduğundan, adyabatik işlem sırasında entropideki değişim de 0'dır.
İzotermal genleşme sırasında, motor 500 K sıcaklıkta (T) 2000 J ısı (Q) emer. Motor ısı emdiği için Q pozitiftir. İzotermal genleşme sırasında motorun entropisindeki değişim şöyledir:
İzotermal sıkıştırma sırasında, motor 350 K sıcaklıkta (T) 1400 J ısı (Q) atar. Motor ısı attığı için Q negatif işaretlidir. İzotermal sıkıştırma sırasında motorun entropisindeki değişim şöyledir:
Toplam entropi değişimi = 4 J/K ‐ 4 J/K = 0
Örnek soru 3:
Bir ısı motoru 300 ° C sıcaklıkta 600 Joule ısı (Q) alır , iş yapar ve 100 ° C sıcaklıkta belirli bir miktarda ısıyı dışarı atar. Bir çevrim sırasında dışarı atılan ısı miktarını ve motordaki toplam entropi değişimini belirleyin...
Pembahasan
T H = 300 K
Q H = 600 J
T L = 100 K
Q L = ?
Bir Carnot motoru, bir çevrim boyunca iki tersinir izotermal işlem (izotermal genleşme + izotermal sıkıştırma) ve iki tersinir adyabatik işlem (adyabatik genleşme ve adyabatik sıkıştırma) geçirir. Adyabatik genleşme ve sıkıştırma işlemleri sırasında sisteme ısı girmez veya sistemden ısı çıkmaz (Q = 0). Q = 0 olduğundan, adyabatik işlem sırasında entropideki değişim de 0'dır.
İzotermal genleşme sırasında, motor 300 K sıcaklıkta (T) 600 J ısı (Q) emer. Motor ısı emdiği için Q pozitiftir. İzotermal genleşme sırasında motorun entropisindeki değişim şöyledir:
İzotermal sıkıştırma sırasında, motor 100 K sıcaklıkta (T) 200 J ısı (Q) atar. Motor ısı attığı için Q negatif işaretlidir. İzotermal sıkıştırma sırasında motorun entropisindeki değişim şöyledir:
Toplam entropi değişimi = 2 J/K ‐ 2 J/K = 0
2. ve 3. örnek sorulardan anlaşıldığı üzere, tersinir bir süreç için toplam entropi değişimi 0'dır. Başka bir deyişle, tersinir bir süreçte toplam entropi her zaman sabittir.
Örnek soru 4:
2 kg'lık bir buz küpünün sıcaklığı 0 ° C'dir. Buz küpü bir kaba konulup güneş ışığına maruz bırakılıyor. Hava ve güneşten gelen ek ısı nedeniyle buz eriyor. Buzun entropi değişimini belirleyin. (Suyun erime ısısı = 3,34 x 10⁵ J /kg)
Pembahasan
Buzun kütlesi = 2 kg
Buz sıcaklığı = 0 ° C + 273 = 273 K
Suyun erime ısısı = 3,34 x 10⁵ J/kg
2 kg buzu suya dönüştürmek için gereken ısı:
S = mL
Q = (2 kg)(3,34 x 10⁵ J /Kg)
Q = 6,68 x 10³ J
Q = 668 x 10³ J
Erime sürecinde (buzdan suya), sıcaklık sabittir. Sıcaklık sabit olduğundan, buzun entropisindeki değişim hesaplanır.
Örnek soru 5:
26 ° C'deki bir bardak su, 22 ° C'deki bir bardak suyla karıştırılıyor. Bardaktaki suyun kütlesi 2 kg ise, suyun entropi değişimini belirleyin. Sıcak ve soğuk suyun kapalı, iyi yalıtılmış bir kapta karıştırıldığını varsayın. Isı transferi geri dönüşümsüz bir süreçtir.
Pembahasan
Suyun özgül ısı kapasitesi (c) = 4180 J/Kg ° C
Suyun kütlesi = 2 kg (aynı su kütlesi).
Suyun kütlesi aynı olduğundan, karışımın son sıcaklığı = 24 ° C'dir (26 ° C + 22 ° C / 2 = 48 ° C / 2 = 24 ° C).
Sıcak suyun sıcaklığı 26 ° C'den 24 ° C'ye düştüğünde açığa çıkan ısı miktarı :
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
Soğuk suyun sıcaklığı 22°C'den 24°C'ye yükseldiğinde emdiği ısı miktarı:
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
Toplam entropi değişimi = Sıcak suyun entropi değişimi + soğuk suyun entropi değişimi
Sıcak suyun ortalama sıcaklığı = (26 ° C + 24 ° C) / 2 = 50 ° C / 2 = 25 ° C ‐‐‐‐ 25 + 273 = 298 K
Soğuk suyun ortalama sıcaklığı = (22 ° C + 24 ° C) / 2 = 46 ° C / 2 = 23 ° C ‐‐‐‐ 23 + 273 = 296 K
Sıcak su ısı yayar, bu nedenle Q negatiftir. Tersine, soğuk su ısı emer, bu nedenle Q pozitiftir. Q işaret kuralını (termodinamiğin birinci yasası) hatırlayın.
Toplam ΔS = Sıcak su ΔS + Soğuk su ΔS
Δ S Toplam = - 56,107 J/K + 56,486 J/K
Δ S Toplam = 0,379 J/K
Toplam entropi 0,379 J/K artar.
Sistemin bazı kısımlarının entropisi azalmasına rağmen (-56,107 J/K), sistemin bazı kısımlarının entropisi daha büyük bir miktarda artar (+56,486 J/K), böylece toplam entropi her zaman artar (+0,379 J/K).
Geri dönüşümsüz bir süreçte toplam entropideki artış, yukarıda analiz ettiğimiz sıcak ve soğuk su karışımı arasındaki ısı transferiyle sınırlı olmayıp, bilim insanları tarafından incelenen tüm durumlara uygulanabilir. Süreç geri dönüşümlü ise toplam entropi her zaman sabit kalır. Süreç geri dönüşümsüz ise toplam entropi her zaman artar.
Esasen, günlük hayatımızdaki tüm doğal süreçler geri döndürülemezdir, bu nedenle toplam entropi kaçınılmaz olarak artar. Bu gerçek şu satırda özetlenmiştir:
Geri döndürülemez bir süreçte, sistemin ve çevrenin toplam entropisi her zaman artar.
Bu italik yazılmış cümle, termodinamiğin ikinci yasasının genel bir ifadesidir. Termodinamiğin ikinci yasası, diğer fizik yasalarından biraz farklıdır. Genellikle fizik yasaları denklemler (örneğin, Newton yasaları) veya korunum yasaları (örneğin, enerji korunumu yasası) olarak ifade edilir.
Entropi, düzensizliğin bir ölçüsüdür.
Entropi, düzensizliğin bir ölçüsü olarak düşünülebilir. Termodinamiğin ikinci yasasının genel ifadesiyle bağlantılı olarak, düzensizlik geri dönüşümsüz süreçlerde artma eğilimindedir. Başka bir deyişle, her geri dönüşümsüz süreç esasen bir düzensizlik durumuna yol açar. Burada düzensizliğin anlamı belirsiz olabilir, bu nedenle günlük hayatta meydana gelen geri dönüşümsüz süreçlerden örnekler kullanılarak açıklanacaktır.
Entropi kavramının başlangıçta yalnızca enerji biçimindeki değişiklikleri ve enerji transferini içeren geri dönüşümsüz süreçlerle ilişkilendirildiğini belirtmek önemlidir. Sapından ayrılıp yere düşene kadar serbestçe yuvarlanan bir mango asla yukarı doğru kaymaz. İttiğimiz ve sonra durdurduğumuz bir kitap asla bize doğru geri hareket etmez. Bunlar, enerji biçimindeki değişiklikler ve enerjinin bir nesneden diğerine transferiyle ilgili geri dönüşümsüz süreçlere bazı örneklerdir. Bu süreçler yalnızca tek yönde gerçekleşir, asla ters yönde gerçekleşmez. Bir mango asla kendi kendine yukarı doğru kaymaz çünkü iç enerjisi kinetik enerjiye dönüşür . Bir kitap asla bize doğru kaymaz çünkü sürtünme sonucu oluşan ısı kinetik enerjiye dönüşür.
Evrende meydana gelen geri döndürülemez süreçler, yalnızca enerji biçimlerindeki değişiklikler ve enerji transferiyle ilgili değildir. Doğduktan sonra bebek, çocuk, genç, yetişkin oluruz, sonra yaşlanır ve çürürüz ve sonunda ölürüz 😉 Yaşlı bir insanın bebeğe dönüştüğünü hiç gördünüz mü? Asla… Kullandığımız cep telefonu zamanla matlaşır ve hasar görür… Başlangıçta pürüzsüz ve güçlü olan yeni bir araba, birkaç yıl kullandıktan sonra daha az pürüzsüz ve zayıf hale gelir. Eski bir arabanın aniden tekrar yeni gibi olduğunu hiç gördünüz mü? Ya da en sevdiğiniz cep telefonunuzun her geçen gün daha pürüzsüz ve daha iyi hale geldiğini? Asla… Kullanıldıktan sonra cep telefonu matlaşır ve hasar görür. Arabalar da aynı… Bunlar, enerji biçimlerindeki değişiklikler ve enerji transferiyle hiçbir ilgisi olmayan geri döndürülemez süreçlere bazı örneklerdir… Şimdi, evrende meydana gelen tüm doğal süreçlerin geri döndürülemez olduğunu fark ettikten sonra, entropi kavramı daha geniş bir anlam kazanır. Tartışma yalnızca termodinamik süreçleri değil, evrendeki diğer birçok geri döndürülemez süreci de kapsar.
Şimdi günlük hayatta meydana gelen bazı geri döndürülemez süreçleri ele alalım. Öncelikle, basit bir geri döndürülemez süreci inceleyelim. Bu sadece bir giriş niteliğinde, böylece entropi kavramını ve geri döndürülemez süreçlerle ilişkisini anlayabilirsiniz.
Örneğin, elinizde bir miktar kırmızı ve mavi bilye olduğunu varsayalım. Bilyeler bir kaba konulmuştur. Mavi bilyeler düzgün bir şekilde alta, kırmızı bilyeler ise düzgün bir şekilde üste dizilmiştir (soldaki resim). Bilyelerinizin kaptaki dizilişi çok düzenli görünüyor… Alttakilerin hepsi mavi, üsttekilerin hepsi kırmızı.
Ardından, kabı yukarı aşağı sallıyorsunuz. Kap yukarı aşağı hareket ettirildiği için, başlangıçta çok düzenli olan bilyelerin dizilimi tekrar düzensiz hale geliyor (sağdaki resim). Kırmızı ve mavi bilyeler birbirine karışıyor 😉 Ne kadar çok sallarsanız, bilyelerin dizilimi o kadar düzensiz hale gelir… Sallandıktan sonra bilyelerin diziliminin eskisi gibi düzenli hale gelmesi mümkün mü? İmkansız… İnanmıyorsanız lütfen kanıtlayın. Bilyelerin eskisi gibi düzenli hale gelmesi imkansız… Bu, geri döndürülemez bir sürecin örneğidir. Geri döndürülemez bir süreçten geçtikten sonra, başlangıçta çok düzenli olan bilyelerin dizilimi düzensiz hale gelir. Düzenlilik düzensizliğe dönüşmüştür…
Aynı şey diğer geri dönüşümsüz süreçlerde de olur. Sıcak bir cisme ve soğuk bir cisme dokunduğumuzda, ısı otomatik olarak sıcak cisimden soğuk cisme akar… Temas halindeki iki cisim aynı sıcaklığa ulaştıktan sonra ısı akışı durur. Bu süreç geri dönüşümsüzdür… Başlangıçta, iki molekül dizilimi vardır: ortalama kinetik enerjisi yüksek olan moleküller (sıcak cismi oluşturan moleküller) ve ortalama kinetik enerjisi düşük olan moleküller (soğuk cismi oluşturan moleküller). Sıcak cisim ve soğuk cisim aynı sıcaklığa ulaştıktan sonra (moleküller aynı ortalama kinetik enerjiye sahip olduktan sonra), iki molekül dizilimini artık ayırt edemeyiz. Başlangıçta düzenli olan molekül dizilimi düzensiz hale gelir. Yukarıdaki bilye dizilimine benzer şekilde… İki cisim aynı sıcaklığa ulaştıktan sonra, düzenli molekül dizilimi düzensizliğe dönüşür (geri dönüşümsüz ısı transferi nedeniyle düzensizlik artar).
Ayrıca, sıcak bir cisimden soğuk bir cisme ısı akışı, bir ısı motorunda yüksek sıcaklık bölgesinden düşük sıcaklık bölgesine ısı akışı olarak düşünülebilir. Yüksek sıcaklık bölgesinden düşük sıcaklık bölgesine ısı akışı, bir ısı motorunun iş yapmasını sağlar. Isı akışı olmadan bir ısı motoru iş yapamaz. Bu nedenle, düzensizliğin boyutu ile iş yapabilme yeteneği arasında bir ilişki kurabiliriz. Aynı sıcaklığa ulaşıldıktan sonra, sıcak cisimden soğuk cisme artık ısı akışı olmaz (düzensizlik artar). Isı akışının yokluğu bir ısı motorunun iş yapmasını engellediğinden, iş yapamayan bir sistemin yüksek düzensizliğe, iş yapabilen bir sistemin ise düşük düzensizliğe sahip olduğunu söyleyebiliriz…
Bu sonuçlardan, enerji biçimleri ile düzensizlik ölçüsü arasındaki ilişki hakkında sonuçlar çıkarabiliriz. Temel olarak, iş yapmak için kullanılabilen enerji biçimi potansiyel enerjidir. Suyun yerçekimsel potansiyel enerjisi bir türbini hareket ettirmek için kullanılabilir. Yağdaki kimyasal potansiyel enerji bir aracı hareket ettirmek için kullanılabilir. Vücudumuzdaki kimyasal potansiyel enerji iş yapmak, seyahat etmek, ders çalışmak için kullanılabilir… Bir mangonun yerçekimsel potansiyel enerjisi bir evin çatısındaki sızıntıyı onarmak için kullanılabilir 😉 Faydalı enerji biçimleri iş yapmak için kullanılabildiğinden, faydalı enerji biçimlerinin daha düzenli, faydasız enerji biçimlerinin ise daha düzensiz olduğunu söyleyebiliriz. Faydasız enerji biçimleri iç enerji ve ısıdır… Yere düştükten sonra mango bir daha asla yukarı kaymaz çünkü iç enerji kinetik enerjiye dönüşür…
Kitabı ittikten sonra kitap hareket eder. Sürtünme nedeniyle kitap hareket etmeyi durdurur… Bu durumda, kitabın kinetik enerjisi ısıya dönüşmüştür (ısı sürtünmeden kaynaklanır). Gerçekte, hareketsiz duran kitap bize doğru geri kaymaz çünkü ısı kinetik enerjiye dönüşmüştür… Bu iki örnek, ısının iki işe yaramaz enerji biçimi olduğunu göstermektedir. İşe yaramaz enerji biçimleri iş yapmak için kullanılamaz. Bu nedenle, ısı ve iç enerjinin yüksek derecede düzensizliğe sahip olduğunu söyleyebiliriz…
Temelde, enerjinin yararlı bir enerji biçiminden yararsız bir enerji biçimine dönüşmesi süreci her zaman düzensizliği artırır… Argo tabirle, enerji biçiminin değişmesi sürecinde entropi her zaman artar… Entropi zaman geçtikçe her zaman arttığı için, tüm yararlı enerji biçimleri yararsız biçimlere dönüşür. Enerji biçiminin değişmesi sürecinde enerji her zaman korunur, ancak düzenli olan ve iş yapmak için kullanılabilen enerji biçimi düzensiz bir biçime dönüşür ve iş yapmak için kullanılamaz hale gelir…
Entropi ve istatistik
Daha önce, entropinin düzensizliğin bir ölçüsü olduğunu tartıştık. Her geri döndürülemez süreç esasen yüksek bir düzensizlik durumuna yol açar. Bu fikir soyut ve belirsiz görünebilir. Entropi kavramını daha iyi anlamak için istatistiksel bir yaklaşım kullanabiliriz. Entropi kavramını istatistiksel bir yaklaşımla anlamak ilk olarak Ludwig Boltzmann (1844–1906) tarafından kullanılmıştır.
Bu makalenin başında, entropinin bir sistemin mikroskobik durumunu tanımlayan bir nicelik olduğu açıklanmıştı. Makroskobik durumları tanımlayan nicelikler doğrudan bilinebilirken, mikroskobik durumları tanımlayan nicelikler bilinemez. Mikroskobik durumu anlamak için, makroskobik ve mikroskobik durumlar arasındaki ilişkiyi inceleyebiliriz.
Yüz rupi değerinde bir madeni paranız var mı? Yüz rupi değerindeki madeni paranın iki yüzü vardır: bir yüzünde Garuda kuşu, diğer yüzünde ise "100 rupi" yazısı bulunur. Yani, örneğin, dört tane yüz rupi değerinde madeni paranız varsa... bu dört madeni parayı yere atarsanız, tek bir atışta beş farklı sonuç ortaya çıkar:
İlk olarak, Garuda kuşunun tüm görüntüleri (4 görüntü) gösterilir;
İkinci olarak, Garuda kuşunun 3 resmi ve yüz rupilik bir yazı belirir (3 resim, 1 yazı);
Üçüncüsü, Garuda kuşunun 2 resmi ve 2 kelime (yüz rupi) görünür (2 resim, 2 kelime);
Dördüncü olarak, bir Garuda kuşu resmi ve "yüz rupi" yazısı belirir (1 resim, 3 kelime);
Beşinci olarak, yüz rupi kelimeleri (4 kelime) görünüyor…
Bu beş olası görüntü veya yazıyı makroskopik durumlar (makro = büyük) olarak adlandırıyoruz. Tersine, dört madeni parayı görüntü veya yazı olarak temsil edersek, mikroskopik durumları (mikro = küçük) ifade etmiş oluruz.
Tek bir atışta 16 olası mikroskobik durum vardır (Her madeni paranın iki şansı vardır. Dört madeni paranın 16 şansı vardır = 2 x 2 x 2 x 2 = 2⁴ = 16). En yüksek olasılık, 2 resim ve 2 yazının görünmesidir (Toplam 16 mikroskobik durumdan 6'sı olası mikroskobik durumdur - 6/16 x 100% = %37,5). Öte yandan, en düşük olasılık, 4 resim veya 4 yazının görünmesidir (Her birinin 1 olası mikroskobik durumu vardır - 1/16 x 100% = %6,25). Burada tartıştığımız şey sadece şans veya olasılıktır... Madeni paraları 16 kez atarsak, 2 resim ve 2 yazının 6 kez görüneceği kesin değildir. Ancak madeni paraları binlerce kez atarsak, 2 resim ve 2 yazının görünme olasılığı %37,5'e yaklaşabilir.
Bunu kanıtlamak daha iyi... Lütfen dört yüz rupi madeni parayı 100 kez (yapabiliyorsanız 1000 kez 😉) atın. Bir atışta elde edilen verileri kaydedin... Madeni paraları 100 kez attıktan sonra, en sık 2 resim ve 2 yazı çıktığını göreceksiniz. Atış sayısı arttıkça, 2 resim ve 2 yazı elde etme olasılığı toplam atış sayısının %37,5'ine yaklaşır.
Daha önce sadece 4 madeni paraya bakmıştık. Madeni para sayısını artırırsak, mikroskobik durumların sayısı da artar. Örneğin, 100 madeni paramız var… Bir atışta, 2¹⁰⁰ = 1,27 x 10³⁰ olası mikroskobik durum vardır… En yüksek olasılık, 50 resim ve 50 yazının görünmesidir (Toplam 1,27 x 10³⁰ mikroskobik durumdan 1,01 x 10²⁹ olası mikroskobik durum vardır). Tersine, en düşük olasılık, 100 resim veya 100 yazının görünmesidir (Her birinin toplam 1,27 x 10³⁰ mikroskobik durumdan sadece 1 olası mikroskobik durumu vardır). Çok küçük ve neredeyse imkansız… 1000 madeni paramız varsa, 1000 resim veya 1000 yazının görünme olasılığı elbette daha da küçük ve giderek daha imkansız hale gelir.
Bunu entropi kavramıyla ilişkilendirmek gerekirse, tüm resimlerin veya tüm metinlerin düzenli bir düzende olduğunu, resimlerin ve metinlerin yarısının ise düzensiz bir düzende olduğunu varsayabiliriz. Madeni para sayısı ne kadar fazla olursa, düzenli bir düzen elde etme olasılığı (tüm resimler veya tüm metinler) o kadar azalır ve neredeyse imkansız hale gelir. Tersine, düzensiz bir düzen (resimlerin ve metinlerin yarısı) çok daha yüksek bir olasılığa veya şansa sahiptir. Bu sonuçtan, düzensizliğin olasılıkla yakından ilişkili olduğu anlaşılmaktadır. En olası durum düzensiz bir durumken, en olası olmayan durum düzenli bir durumdur.
Daha önce ele aldığımız termodinamiğin ikinci yasasının genel ifadesi, her geri dönüşümsüz süreçte entropinin veya düzensizliğin her zaman arttığını belirtir. Termodinamiğin ikinci yasasının bu ifadesi, bir olasılık ifadesi olarak anlaşılabilir. Bu, evrende meydana gelen her sürecin en büyük olasılığa veya fırsata sahip olan süreç olduğu anlamına gelir. Termodinamiğin ikinci yasası, her geri dönüşümsüz süreçte entropinin azalmasını yasaklamaz, ancak olasılık çok küçüktür, hatta neredeyse imkansızdır. Tersine, entropinin artmasının olasılığı çok daha yüksektir. Daha önce ele aldığımız madeni para sayısı sadece 100'dü… gerçekte, bir molde 6,02 x 10²³ molekül vardır … bu çok büyük bir sayıdır. Bu sayının olası mikroskobik durumları elbette çok büyüktür, bu nedenle düzen olasılığı çok küçüktür, neredeyse imkansızdır…
Bir bardağı yere düşürürsek, yere saçılan cam parçaları tekrar bir araya gelerek eskisi gibi bütün bir bardak oluşturabilir. Ancak bunun olma olasılığı o kadar düşüktür ki imkansızdır… Bardak hala sağlamken, moleküllerin konumu daha düzenlidir. Bardak kırılıp yere saçıldığında, moleküllerin konumu düzensiz hale gelir. Düzenli bir konuma geri dönme olasılığı o kadar düşüktür ki, cam moleküllerinin tekrar bir araya gelmesini beklemek imkansızdır. Sıcak bir cisme ve soğuk bir cisme dokunursak, ısı kendiliğinden sıcak cisimden soğuk cisme akar… Sıcak cisimlerin molekülleri rastgele ve hızlı hareket ederken, soğuk cisimleri oluşturan moleküllerin hareketi çok hızlı değildir. Bu hızlı hareket eden moleküllerin birbirine çarpma veya soğuk cisme geçme olasılığı, yavaş hareket eden moleküllerin olasılığından çok daha yüksektir… kim hızlıysa kazanır 😉 Isı soğuk bir cisimden sıcak bir cisme geçebilir, ancak bunun olma olasılığı çok daha düşüktür.
Yukarıdaki resimdeki mavi ve kırmızı bilyeler orijinal, düzenli dizilimlerine geri dönebilirler. Ancak düzenli bir dizilime geri dönme olasılığı çok daha düşüktür. Düzensiz bir dizilime geri dönme olasılığı ise çok daha yüksektir. Benzer şekilde, kapalı bir kapta gazın serbest genleşmesi de böyledir. Kap, iki bölmeden oluşan ve bu iki bölmenin bir bariyerle ayrıldığı bir yapıya sahiptir. Başlangıçta gaz sol bölmededir. Bariyer kaldırıldığında, gaz molekülleri sağ bölmeye geçmek için akın edecektir. Sağ bölme boştur, sol bölme ise rastgele hareket eden moleküller içerir. Bariyer kaldırıldığında, moleküllerin boş bölmeye geçme olasılığı yüksektir. Moleküller iki bölmeli kabın tüm hacmini doldurduktan sonra, tüm moleküllerin tekrar sol bölmeyi doldurması mümkün müdür? Mümkündür, ancak olasılık çok küçüktür. Sadece bir molde 6,02 x 10²³ molekül vardır ... tüm moleküllerin sol bölmede olma olasılığı milyonda 1'dir. Milyonda 23 çok küçük bir olasılıktır ve neredeyse imkansızdır...
Termodinamiğin ikinci yasası bize evrende meydana gelen her sürecin en olası süreç olduğunu söyler. Doğadaki bir sürecin ilerleme yönü (daha yüksek entropiye doğru) şans veya olasılık tarafından belirlenir... düzensizliğin meydana gelme olasılığı çok daha yüksektir ve bu nedenle daha olasıdır...
Entropi = zamanın oku
Entropi, zamanın yönünü gösterdiği için zamanın oku olarak da adlandırılır. Her doğal sürecin yönü düzensizliğe doğrudur. Eğer bunun tersini, yani düzensizliğin kendisinin düzene dönüşmesini gözlemlersek, olayın tersine döndüğünü söyleyebiliriz. Yerdeki dağılmış cam parçalarının tekrar bir araya gelip bütün bir cam oluşturduğunu görürsek, olayın tersine döndüğünü söyleyebiliriz. Bu günlük hayatımızda asla olmaz ve olsaydı, termodinamiğin ikinci yasasını ihlal ederdi. Bu durumda, zaman asla geriye doğru hareket etmez ve düzensizlik asla otomatik olarak düzene dönüşmez. Hayatımızdaki en olası ve sürekli olay, düzenin her zaman düzensizliğe doğru hareket etmesidir; zaman her zaman ileriye doğru hareket eder, geriye doğru değil. Yaşlı bir insan bebeğe dönüşürse, bunu anormal ve termodinamiğin ikinci yasasının ihlali olarak kabul ederiz.
