Nustatant šiluminę pusiausvyrą, bendroji sistemos entropija (S) didėja tol, kol pasiekia didžiausią vertę, o tada sistema pereina į stabilią šiluminės pusiausvyros būseną. Šis procesas yra spontaniškas ir negrįžtamas, o jo pagrindinė varomoji jėga yra entropijos padidėjimo principas{1}}tiesioginis antrojo termodinamikos dėsnio pasireiškimas.
Galite tai suprasti taip: kai susiliečia du skirtingos temperatūros objektai, šiluma teka iš aukštesnės-temperatūros objekto į žemesnės-temperatūros objektą. Dėl šio proceso energijos pasiskirstymas tampa tolygesnis, o sistema – netvarkingesnė, todėl padidėja bendra entropija. Kai temperatūra yra vienoda, grynojo šilumos srauto nebelieka, sistemos makroskopinė būsena yra stabili, o entropija tokiomis sąlygomis pasiekia didžiausią vertę, tai yra, entropija nebekinta (ΔS=0).
Pagrindiniai entropijos kitimo taškai šiluminės pusiausvyros metu:
Pradiniame proceso etape: Entropija sparčiai didėja. Kuo didesnis temperatūrų skirtumas ir intensyvesnis šilumos srautas, tuo reikšmingesnis entropijos padidėjimas. Pavyzdžiui, įmetus raudono-karšto metalo gabalą į šaltą vandenį, akimirksniu susidaro didelis kiekis garų ir šilumos susimaišymo, o tai yra smarkus entropijos didinimo procesas.
Artėja prie pusiausvyros: entropijos didėjimo greitis sulėtėja
Kai temperatūrų skirtumas mažėja, šilumos perdavimo greitis mažėja, o entropijos padidėjimas išsilygina ir galiausiai artėja prie nulio.
Pasiekti pusiausvyrą: entropija yra didžiausia, o sistema yra stabili
Šiuo metu sistema yra makroskopiškai statinės būsenos, bet mikroskopinės dalelės vis dar juda -tai dinaminė pusiausvyra. Nors šiluma nebeteka, entropija pasiekė savo ribą ir nebegali spontaniškai didėti.
Izoliuotose sistemose entropija niekada nemažėja
Jei visa sistema neturi energijos mainų su išoriniu pasauliu (pavyzdžiui, sandariame izoliuotame konteineryje), bendra entropija tik didės ir niekada nesumažės. Štai kodėl „automatiškai įkaista karšta kava“ neįmanoma,{1}}tai reikštų entropijos sumažėjimą, pažeidžiant gamtos dėsnius.
Intuityvi analogija: rašalas, krentantis į nejudantį vandenį
Įsivaizduokite, kad rašalo lašas patenka į nejudantį vandenį:
Pradinis momentas: Rašalas koncentruotas, sistema sutvarkyta → Žema entropija
Difuzijos procesas: rašalas spontaniškai išsisklaido, tampa vis tolygesnis → Padidėja entropija
Galutinė būsena: Visiškai sumaišyta, vienoda spalva → Maksimali entropija, pasiekianti pusiausvyrą
Tai puikiai atitinka šiluminės pusiausvyros procesą: temperatūrų skirtumas yra kaip koncentracijos skirtumas, šilumos perdavimas yra kaip molekulinė difuzija, abu galiausiai sukelia didžiausią netvarką.
