Zjawiskami termodynamicznymi rządzi statystyka. O kierunku ich

Zjawiskami termodynamicznymi rządzi statystyka. O kierunku ich przebiegu decyduje druga zasada termodynamiki. Procesy nieodwracalne pokazują, w którą stronę płynie czas - czas płynie tylko w jedną stronę. Bieg rzeczy
jest nieodwracalny. Strzałka czasu to asymetria między przeszłością a przyszłością. Na mocy drugiej zasady termodynamiki przyszłość staje się nieodwracalną historią. Czasu nie można cofnąć z powodu nieodwracalności
niektórych procesów w przyrodzie. Druga zasada termodynamiki wyjaśnia, że proces wyrównywania ciśnień czy
temperatur jest nieodwracalny z przyczyn statystycznych. Podczas ogrzewania izobarycznego, gaz pobiera ciepło i oddaje część energii w postaci pracy. Podczas chłodzenia ciepło odpływa, a tłok wykonuje dodatnią pracę.
W obu przypadkach wartość ciepła jest większa od pracy. Gdyby było inaczej, to temperatura gazu postawionego na grzejniku obniżałaby się, a chłodzonego – podwyższała.
Wszystkie zmiany, także strzałka czasu, prowadzą ku gorszemu. Doświadczenie czasu to adaptacja elektrochemicznych procesów w mózgu do bezcelowego pędu w stronę chaosu, pogrążające nas zarazem w stanie równowagi, a potem w grobie.
Peter Atkins
Może przeczytasz?:
Paul Davies: Strzałka czasu http://www.wiw.pl/biblioteka/czas_davies/01.asp
oraz Czas w procesach odwracalnych i nieodwracalnych http://www.kmopw.agh.edu.pl/teksty/strzalka.ppt
Jeżeli w układzie termodynamicznym proces przebiega nieskończenie powoli ze stanu 1 do stanu 2 i z powrotem
przez te same pośrednie stany (bez jakichkolwiek zmian w otaczającym ośrodku), to tego rodzaju proces nazywamy odwracalnym. Proces odwracalny jest procesem wyidealizowanym. Wszystkie rzeczywiste procesy są
nieodwracalne. Nieodwracalne są procesy chłodzenia, mieszania, rozprężania gazów, itp. Procesy nieodwracalne
mogą przebiegać tylko w jednym kierunku.
Załóżmy, że przy nieskończenie małej zmianie stanu układu w temperaturze T układ uzyskuje ciepło ΔQ. Wartość ΔQ/T określa pewną funkcję S, która podobnie jak energia wewnętrzna, zależy tylko od stanu układu. Funkcja ta nosi nazwę entropii układu. ΔS > 0
Z nierówności tej wynika, że w procesie nieodwracalnym zwiększa się entropia układu.
W procesie odwracalnym T2 = T1 i ΔS = 0. Zatem wzrost entropii przy nieodwracalnej wymianie ciepła jest
większy niż przy odwracalnej.
W przypadku układu izolowanego ΔQ = 0, zatem ΔS nieodwracalne > 0
Związek ten stanowi kryterium określające ukierunkowanie procesu nieodwracalnego w układzie izolowanym:
proces nieodwracalny przebiega w kierunku wzrostu entropii. Bałagan robi się sam, porządek trzeba robić
samemu.
Drugą zasadę termodynamiki można wyrazić następująco: w procesach odwracalnych zachodzących w układzie
izolowanym entropia pozostaje stała, a w nieodwracalnych wzrasta. Układ jako całość podlega innym prawom
niż prawa rządzące pojedynczą cząstką. Tymi prawami są prawa statystyczne.
Fizyka statystyczna zajmuje się szukaniem najbardziej prawdopodobnego rozkładu cząstek w zależności od ich
energii. Rozkład ten nazywamy statystyczną funkcją rozkładu Maxwella-Boltzmanna.
Rozkład Maxwella dla tlenu. Na 1 milion cząsteczek, n będzie poruszać się z prędkością v. Przestawiono liczbę
cząstek dla trzech różnych temperatur (–100 °C, temperatura pokojowa i 600 °C)