Preveden delovni zvezek (pdf format)

Da bi ugotovili, katera animacija bolj realistino ponazoruje plinske delce v škatli, moramo
uporabiti drugi zakon termodinamike in njemu pridružen koncept entropije. Entropija je merilo za
nered v nekem sistemu. Katera animacija ima vejo entropijo (neurejenost) Zakaj Nedvomno je
Animacija 2 precej bolj urejen sistem. Animacija 1 zane urejeno in se zakljui neurejeno.
Ko gledamo prvo animacijo, opazimo tudi, da so možne razline porazdelitve hitrosti, pa bomo še
vedno mimeli enako celotno energijo (temperaturo) in tlak. Statistino gledano je precej bolj
verjetno, da bodo hitrosti množice delcev porazdeljene v skladu z Maxwell-Boltzmannovo
porazdelitvijo, kot pa, da bi vsi imeli enako hitrost.
Entropija in drugi zakon termodinamike opisujeta, kaj je bolj verjetno, da se zgodi. Bolj verjetno
je, da bodo delci zavzeli stanja veje neurejenosti, ker je "neurejenih" stanj ve kot urejenih (in
število možnih stanj je v relaciji z entropijo). Tako na primer imamo precej ve nainov, da
skupina delcev sledi Maxwell-Boltzmannovi porazdelitvi, kot pa da bi imeli enake hitrosti za vse
delce. Drugi zakon pravi, da entropija ali naraša ali kvejemu ostaja enaka. Ireverzibilni procesi
povzroajo poveanje entropije. Po tem vemo, da ne gledamo filma, ki ga vrtimo naprej in nazaj:
Ko se as poveuje, tudi entropija naraša. e se ponekod entropija zmanjšuje (ko na primer
elektrone uredimo za osvetljevanje raunalniškega zaslona), potrebujemo energijo, potrebna
energija pa pomeni, da se nekje drugje entropija poveuje. Zato globalno entropija samo naraša.
Predstavitev 21.3: Entropija in izmenjava toplote
Animacija 1 kaže dve telesi enake
velikosti, enake mase in z enako
specifino toploto (oba mc = 2 ), v
zaetku z razlinima temperaturama,
vendar v medsebojnem terminem stiku
(temperatura je podana v kelvinih,
izmenjana toplota je v joulih). Barvna
histograma kažeta izmenjano toploto
med rdeim in modrim telesom.
Ponovni zagon.
Ko sta dve telesi v terminem stiku, priakujemo, da bosta dosegli enako temperaturo. Vendar
prvi zakon termodinamike tega ne zahteva. Edina zahteva prvega zakona je, da se energija
ohranja, da torej toplota iz enega predmeta prehaja v drugega.
Poskusi Animacijo 2. Se energija ohranja Ali gre toplota iz enega telesa v drugega Kaj lahko
ugotovimo o izmenjavi toplote v primerjavi z animacijo 1 Kar vidimo v animaciji 2, se seveda
ne zgodi, eprav se energija ohranja. Odloilen je drugi zakon termodinamike, ki pravi, da se
entropija (v izoliranem sistemu) ali poveuje, ali ostaja ista. Sprememba v entropiji, S, je dana z
S = Q/T (za reverzibilne procese pri konstantni temperaturi) in, ker velja Q = mcT, lahko
izraunamo
S = mc ln (T f /T i ),
Pri tem je c specifina toplota snovi in m je masa snovi. Kakšna je sprememba v entropiji obeh
posameznih teles pri prvi animaciji Kakšna je celotna sprememba entropije Kaj pa pri drugi
animaciji Opazimo, da je celotna sprememba entropije pri Animaciji 1 pozitivna, pri Animaciji 2
176