Энтропия и атомные столкновения - физиков.нет
1 голос
/

Предположим, есть пучок атомов, движущийся с постоянной скоростью в пустом пространстве. Там нет столкновений между атомами. Температура практически равна нулю, так как все скорости атомов равны скорости центра масс.

Теперь давайте захватим атомный пучок в коробку. Когда атомы сталкиваются со стенами, кинетическая энергия центра масс теряется и превращается в температуру. Кроме того, энтропия системы будет увеличиваться.

Значит ли это, что энтропия растет из-за столкновений атомов со стенками? Так что, по сути, события столкновения приводят к росту энтропии? Что в столкновениях заставляет их увеличивать энтропию, это связано с квантовой случайностью результатов?

Ответы [ 2 ]

1 голос
/

Когда у вас есть распределение частиц в одном энергетическом состоянии и вы сравниваете его с распределением частиц, расположенных в нескольких энергетических состояниях, значения энтропии будут существенно отличаться. Вы можете решить это, даже если вы не рассматриваете это с точки зрения микросостояний, а вместо этого рассматриваете систему, понимая ее с точки зрения второго закона термодинамики, вы увидите увеличение энтропии. Эта перспектива видна в самом вашем вопросе, когда вы говорите: «Кинетическая энергия центра масс будет потеряна и превратится в температуру». Вы хотите сказать, что кинетическая энергия превратится в тепло . Подводя итог ответным коллизионным событиям, следует стремиться увеличить энтропию до теоретического максимума, если только в задаче нет некоторого улова.

0 голосов
/

Первая система отсчета движется вместе с частицами газа. Частицы газа имеют нулевую скорость в своей системе отсчета.

Следующим шагом является «положить их в коробку» и заставить их «сталкиваться со стенами». Шаг работает на частицах. Это заставляет их перемещаться из одной системы отсчета в другую. Проделанная работа - это интеграция силы на расстоянии, необходимой для изменения их скорости, в новую систему отсчета. Эта работа выражается в изменении кинетической энергии на внутреннюю энергию. Поскольку частицы газа первоначально двигались, как указано в новом кадре, их кинетическая энергия уменьшается, чтобы переместить их в новый эталонный кадр. Мы их остановим или замедлим. Поэтому в соответствии с принципом сохранения энергии внутренняя энергия частиц газа должна увеличиваться. Увеличение внутренней энергии вызывает повышение температуры газа.

Итак, когда мы перемещаем частицы газа в их исходной системе отсчета, где они не перемещаются (но там, где их система отсчета движется), в новую систему отсчета, котораястатичен, чтобы они сталкивались со (статическими) стенками, внутренняя энергия частиц газа увеличивается. Температура увеличивается. Распределение энтропии изменяется. Энтропия увеличивается.

Мы не можем растопить лед, просто переместив его достаточно быстро. Но мы можем растопить его, двигая достаточно быстро и адиабатически ударяя его о статическую стену.

...