Entropia
il sistema evolve nel tempo verso lo
stato di massima Entropia
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Dunque Clausius (siamo
nel 1868), dopo 15 anni di analisi dei fenomeni relativi agli scambi
termici (il calore spontaneamente fluisce dai corpi caldi ai corpi
freddi), alle trasformazioni di calore in lavoro e viceversa (il lavoro
spontaneamente si trasforma in calore, mentre è impossibile trasformare
integralmente il calore prodotto da un'unica sorgente calda in lavoro)
e alle macchine termiche (il rendimento di una macchina termica
è sempre minore di 1 ), era giunto
alla formulazione del tutto generale:
"per una qualunque trasformazione che avviene in un sistema isolato,
l'entropia dello stato finale non può mai essere inferiore a quella
dello stato iniziale"
.
Ciò significa che, al trascorrere del tempo, l'entropia di un sistema
isolato non può mai diminuire, può solo aumentare. Si può
riconoscere il "prima" dal "dopo" di un sistema, per il fatto che
"dopo" l'entropia del sistema sarà più alta di "prima": in questo senso l'entropia è una "freccia del tempo".
(Attenzione: si
parla di sistemi isolati; se un sistema non è isolato la sua entropia
può anche diminuire, ma in tal caso l'entropia dell'ambiente esterno
dovrà aumentare più di quanto non sia diminuita quella del sistema).
In conclusione: i sistemi fisici evolvono verso gli stati di massima entropia; se l'entropia di un sistema diminuisce vuol dire che il sistema non è isolato.
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Probabilità
termodinamica
il sistema evolve nel tempo verso lo
stato di massima probabilità termodinamica
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Consideriamo il nostro
"solito" sistema di 6 particelle. (vedi
). Possiamo fare
una "simulazione"
del comportamento del sistema, per vedere come evolve
nel tempo partendo dallo stato in cui tutte le particelle si
trovano, inizialmente, nel settore sinistro.
Ci servono 6 monete (che rappresentano le particelle: ma
vanno benissimo anche sei cerchietti di carta numerati da 1 a 6),
1 dado e, "naturalmente" carta e penna.
Disegnata una scatola divisa in due settori, sistemiamo le sei monete
tutte a sinistra: bene, all'istante t=0 la configurazione è dunque
(N1=6,N2=0). Lanciamo il dado .. ed esce 3 (non ci crederai, ma mentre
scrivo faccio esattamente questo): sposto la moneta numero 3 dal
settore sinistro a quello destro. Bene: all'istante t=1 la configurazione
del sistema è (N1=5,N2=1). Lancio ancora il dado .. esce 2 .. sposto
la moneta numero 2 da sinistra a destra .. la configurazione diventa
(N1=4,N2=2) all'istante t=2. Lancio il dado .. esce 3 .. sposto la
moneta numero 3 da destra (dove stava) a sinistra .. la configurazione
del sistema a t=3 diventa (N1=5,N2=1) .. etc.etc..
Continuando così si osserva che il sistema, pur fluttuando, tende
verso lo stato (N1=3,N2=3), e una volta avvicinatosi a tale stato,
se ne discosta molto "raramente".
Se usassimo 20 monete anzichè 6, questo scostamento sarebbe ancora più
esiguo, se ne usassimo (10 elevato 23), sarebbe praticamente
irrilevante.
Insomma: il sistema evolve nel tempo verso lo
stato di massima probabilità termodinamica.
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