• Главная
  • Эволюция формулировки второго закона термодинамики

Эволюция формулировки второго закона термодинамики

В своей первоначальной формулировке второй закон термодинамики запрещал самопроизвольную передачу тепла от тела более холодного к телу более горячему. Впервые это довольно очевидное предположение было выдвинуто Клаузиусом. Более точно, имелось в виду следующее: в начале и в конце рассматриваемого процесса все остальные параметры физической системы остаются неизменными. Нагревание более горячего тела более холодным оказывается единственным его результатом.

Рассмотрим сосуд с идеальнымгазом, имеющим некоторую температуру Т. Из самых общих соображений ясно, что наиболее вероятным будет равномерное распределение скоростей молекул газа по всему объему. А, так как, температура в некотором объеме газа пропорциональна средней скорости частиц в этом объеме, то и распределение температуры по объему газа можно считать равномерным. Теперь представим, что наиболее быстрые (и наиболее «горячие») молекулы начнут собираться вместе в небольшом выделенном объеме нашего газа. Очевидно, температура в таком объеме начнет расти и становиться все выше и выше по отношению к остальной среде. В этом мысленном опыте мы допустили прямое нарушение второго начала – весь более холодный объем газа отдает свое тепло небольшой своей части. Мыслимо ли это? Нет. На практике ни с чем таким мы не встречаемся, и крайне трудно представить себе ситуацию, когда более быстрые молекулы сами по себе соберутся в одном месте. Этому противоречат постулаты теории вероятности и математической статистики.

 

 

Мы обнаружили прямую связь между статистико-вероятностными представлениями и вторым законом термодинамики. В более полной формулировке эта закономерность звучит так: мир устроен таким образом, что без подачи энергии извне физическая система стремиться перейти из менее вероятного своего состояние  в более вероятное. Или, как говорят – энтропия не убывает. В нашем мысленном опыте мы имели обратную картину. Мы представили переход газа из его наиболее вероятного состояния в практически не реализуемое. Небольшие случайные отклонения от данного правила носят название флюктуаций.