V naravi je veliko procesov, ki se zdijo neverjetni, ko jih predvajamo v nasprotni smeri časa. Kot primer omenimo nastajanje pepela pri gorenju lesa, ohlajanje vročega čaja, drobljenje kamna v pesek, preoblikovanje plastelina pri gnetenju in še bi lahko naštevali. Nemogoče je, da bi pepel ponovno zagorel in se spremenil v les, da bi postal čaj ponovno vroč, ali pa bi iz peska nastala skala. Procese oziroma pojave, ki so v obratni smeri nemogoči, imenujemo ireverzibilne.

Obstajajo pa tudi pojavi, ki lahko pri enakih okoliščinah potekajo v obe smeri. Sistem lahko v teh primerih privedemo nazaj v začetno stanje. Takšne pojave imenujemo reverzibilni. Kot primer omenimo vzmet, ki jo raztegnemo z roko. Ko vzmet spustimo, se vrne v prvoten položaj. Reverzibilni pojav je tudi gibanje planetov okoli Sonca. Če bi v nekem trenutku obrnili gibanje planeta, bi ta imel enako veliko hitrost v nasprotni smeri in nanj bi delovala enako velika sila. Gibanje planetov v obratni smeri je torej popolnoma mogoče. Na podoben način lahko obravnavamo tudi vsa gibanja v zraku, kjer zanemarimo upor zraka. V nekem trenutku namreč vladajo enaki pogoji, če se telo giblje naprej oziroma nazaj. Pri toplotnih pojavih je sprememba reverzibilna, če je sistem med spremembo v vsakem trenutku v ravnovesju.

Preberi spodaj zapisane procese ter poveži kateri proces je reverzibilen in kateri ireverzibilen.

Preveri

Spreminjaj čas na spodnji simulaciji in opazuj gibanje treh kroglic. Za gibanje posamezne kroglice določi ali je pojav reverzibilen ali ireverzibilen.

V prazno polje vpiši črko R (reverzibilno gibanje) ali I (ireverzibilno gibanje).

a) Gibanje rdeče kroglice je (R/I).

b) Gibanje modre kroglice je (R/I).

c) Gibanje zelene kroglice je (R/I).

Preveri

Kot primer izberimo idealen plin, ki ga lahko opredelimo s tlakom, temperaturo in prostornino. Takšna opredelitev se imenuje makroskopsa. Sistem pa bi lahko opisali tudi na mikroskopski ravni, kjer bi stanje plina opredelili z legami in hitrostmi posameznih molekul.

Zanima nas, kdaj je nek sistem v ravnovesju. Kot primer omenimo posodo, v kateri je na eni strani vroča na drugi strani pa hladna snov. Na eni strani posode so torej zbrane vse molekule z višjo energijo, na drugi strani pa vse molekule z nižjo energijo. Takšnemu makroskopskemu stanju pripada eno samo mikroskopsko stanje. Že ko energija ene molekule preide iz prvega dela posode na drugi del, pa danemu makroskopskemu stanju pripada veliko število mikroskopskih stanj, saj lahko katerakoli molekula z višjo energijo odda energijo poljubni molekuli z nižjo energijo. S prehajanjem energije med molekulami se tako število mikroskopskih stanj povečuje vse do ravnovesja, pri katerem je možnih največ mikroskopskih stanj.

Število mikroskopskih stanj v danem makroskopskem stanju nam služi za definicijo entropije. Entropija je torej definirana tako, da se pri spontanih spremembah povečuje vse do ravnovesja, ko zavzame največjo vrednost. Entropija sistema se lahko spremeni tudi v ravnovesnem stanju, če sistem prejme ali odda toploto. Sprememba entropije je takrat , če je izmenjana toplota in temperatura sistema. Entropija se torej spremeni ob izmenjavi toplote, medtem ko se notranja energija sistema lahko spremeni z izmenjavo toplote in dela.

V posodi je snov z višjo energijo in snov z nižjo energijo. Posodo razdelimo na posamezne celice. Spodnja slika prikazuje kako je enrgija razporejena po posameznih celicah. Rdeče celice predstavljajo višjo energijo kot bele.

a) V kateri posodi ima snov največjo entropijo? A B C D

b) V kateri posodi ima snov najmanjšo entropijo? A B C D

c) Kolikšna je entropija snovi v posodi B v primerjavi s posodo D? večja enaka manjša

Preveri

Na spodnji simulaciji je na mikroskopski ravni prikazan prenos energije iz toplejšega na hladnejši del posode. Posodo razdelimo na posamezne celice. Rdeče obarvane celice predstavljajo območja z višjo energijo, belo obarvane celice pa območja z nižjo energijo. Spreminjaj čas in opazuj, kaj se dogaja z energijo v posamezni celici. Nato odgovori na spodaj zastavljena vprašanja.

a) Kaj se dogaja s temperaturo snovi v levem delu posode? Temperatura se povečuje zmanjšuje ostaja enaka .

b) Kolikšna je entropija snovi v posodi na začetku? Največja. Najmanjša. Enaka.

c) Kolikšna je entropija snovi v posodi na koncu? Največja. Najmanjša. Enaka.

č) Ali je sistem revertibilen? Ne. Da. Ne vem.

d) Ali je sistem na začetku blizu ravnovesnega stanja? Ne. Da. Ne vem.

Preveri

V toplotno izolirani posodi je l vode s temperaturo C . V posodo damo kg težek kos bakra s temperaturo C. Čez nekaj časa se temperatura vode in bakra ustalita.

a) Kolikšna je temperatura vode, ko se ta ustali? C

b) Koliko toplote je oddal baker vodi? kJ

c) Koliko toplote je prejela voda od bakra? kJ

d) Kolikšna je entropija vode na koncu v primerjavi z entropijo vode na začetku? Večja. Manjša. Enaka.

e) Kolikšna je entropija bakra na koncu v primerjavi z entropijo bakra na začetku? Manjša. Večja. Enaka.

f) Kolikšna je skupna entropija vode in bakra na koncu v primerjavi z začetno skupno entropijo? Večja. Manjša. Enaka.

g) Ali je proces reverzibilen? Ne. Da. Ne vem.

Preveri