Второе начало термодинамики и его статистическое толкование

1. Формулировка Больцмана:

Все процессы в природе протекают в направлении, приводящим к увеличению вероятности состояния.

2. Формулировка Клаузиуса:

Невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых был бы переход тепла от тела менее нагретого, к телу более нагретому.

С точки зрения формулировки Больцмана переход от холодного тела к нагретому принципиально возможен, но маловероятен.

Пример. Пользуясь формулой Больцмана, вычислим по изменению энтропии 2-х тел, находящихся при температурах 301 К и 300 К соответственно, отношение вероятности пребывания тел в этих состояниях , если от одного тела к другому передаётся количество теплоты в . Обозначим вероятность пребывания при температуре 300 К , 301 К .

,

, отсюда

.

Ввиду малости передаваемой энергии разность можно оценить используя соотношение: .

, тогда

Это означает, что на каждый случаев переходов от тела с температурой 301 К к телу с температурой 300 К может произойти один случай перехода того же количества теплоты от тела с температурой 300 К к телу с температурой 301 К. (Заметим, что для совсем малого количества теплоты вероятности становится сравнимыми и для таких случаев второе начало применить уже нельзя.).

Вообще же, говоря если в системе имеется многовариантность путей, процессов, то, рассчитав энтропию конечных состояний, можно теоретически определить вероятность того или иного пути, процесса, не производя их реально и в этом важное практическое применение формулы, связывающей термодинамическую вероятность с энтропией.