- Сформулируйте второй закон термодинамики.
В термодинамической системе, предоставленной самой себе, передача тепла от её части с меньшей температурой к её части с большей температурой крайне1 маловероятна.2 (Второй закон термодинамики, как вы наверно уже догадались, иногда называют вторым началом термодинамики). - Приведите пример необратимости процесса.
Пусть у нас есть сосуд с поршнем (смотри рис. 81).
Рис. 81. Необратимость термодинамического процесса.
Штрихованный прямоугольник изображает поршень, а линии справа от него — ручку, за которую можно двигать этот поршень;
пунктирная линия — воображаемая плоскость, разделяющая сосуд на две части;
жирные точки — частицы газа, находящегося в этом сосуде.
Пусть в этом сосуде находится газ (рис. 81-а). Сожмём с помощью поршня газ как показано на рис. 81-б, в результате все его частицы окажутся в левой части сосуда. Затем вернём поршень в исходное положение (которое она занимал на рис. 81-а), произойдёт процесс расширения газа, и он опять займёт весь сосуд (рис. 81-в). Крайне маловероятно, чтобы этот процесс (расширение газа), в случае, когда газ предоставлен сам себе (то есть, когда поршень не двигают) прошёл в обратную сторону и все частицы газа опять оказались в левой части сосуда. (Насколько маловероятно, чтобы процесс прошёл в обратную сторону зависит от числа частиц этого газа. Если частицы четыре, то вероятность того, что все частицы газа находятся в левой части сосуда примерно 6\% , это значит, что если мы сутки будем наблюдать за таким газом, то примерно 1.5~часа из этих суток все его частицы будут в левой части сосуда. Если же частиц 1~моль, то вероятность того, что все частицы газа находятся в левой части сосуда меньше 100\cdot 10^{-1.8·10^{23}}\% , это значит, что если мы, например, 10^{100}~лет будем наблюдать за таким газом, то, скорее всего все его частицы не будут в левой части сосуда ни разу за все эти 10^{100}~лет).
Сноски:
- Крайне маловероятно здесь значит, что, если такое будет происходить (в системе, части которой состоят больше, чем скажем из 1 моля частиц) это будет не меньшим чудом, чем нарушение какого-нибудь другого закона физики.
- В учебнике дана такая формулировка: невозможно перевести тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или в окружающих телах.