2-topshiriq Bajardi : Umirzakova F. R. Termodinamika qonunlarini tushuntiring

Termodinamikaning ikkinchi qonunining statistik talqini

1. Hozirgacha biz termodinamikaning ikkinchi qonunini ko‘rib chiqishda tadqiqotning termodinamik usulidan foydalandik va jismning ichki tuzilishi bilan qiziqmadik. Ammo termodinamikaning ikkinchi qonuni bilan modda tuzilishining molekulyar-kinetik nazariyasi orasida aloqa mavjud.Bu aloqani ochilishi termodinamikaning ikkinchi qonunining fizik ma’nosini chuqurroq tushunishga imkon beradi.

Molekulyar – kinetik nuqtai nazardan gazning (yoki boshqa jismning) har qanday holatiga, uning molekulalarini hajmi va tezliklari (yoki impulslari va energiyalari) bo‘yicha muayyan taqsimlanishi mos keladi.

Misol uchun idishda belgi qo’yilgan faqat uchta a, b va c gaz molekulalari bor va idish hajmi esa uchta teng I, II va III qismlarga bo‘lingan deb faraz qilaylik. Gaz holatiga molekulalarning tezliklari bo‘yicha taqsimlanishi ta’sir qilishdan diqqatimizni chalg‘itamiz, ya’ni gazning turli holatlari, faqat a, b va c molekulalarni hajmning uchta katakchalarida taqsimlanishi bilan farqlanadi deb faraz qilamiz. Hammasi bo‘lib 27 ta turli taqsimlanish bo‘lishi mumkin.

2. Molekulalar harakatining to‘liq tartibsizligi shunga olib keladiki, agar uzoq  vaqt a, b va c molekulalarni hajmining katakchalari bo‘yicha mumkin bo‘lgan taqsimlanishi kuzatilsa, hamma 27 ta taqsimlanish bir xilda tez-tez uchraydi. Ular teng ehtimollikka ega. Matematikada berilgan muayyan sharoitda qandaydir hodisani sodir bo‘lish darajasini ifodalash uchun bu hodisani  ehtimoli degan tushuncha kiritiladi. Masalan, agar berilgan sharoitda N ta turli hodisalar navbati bilan amalga oshishi mumkin bo‘lsa va ularning hammasini ehtimolligi bir xil bo‘lsa, qandaydir bir aniq hodisani sodir bo‘lish ehtimolligi

bo‘ladi. Bu formulaga binoan har bir teng ehtimollikdagi taqsimlanishning ehtimolligi 1/27 ga teng.Ammo bu ehtimollik, bunday taqsimlanishga mos keladigan sistema holatining termodinamik ehtimolligidan farq qiladi.Gap shundaki, bir jinsli gazda hamma molekula bir-biriga o‘xshash. Shuning uchun har bir katakchada bir xil sondagi molekulaga mos keluvchi holatlar, o‘sha katakchada aynan qaysi molekula joylashishdan qat’iy nazar o‘xshash bo‘ladi. Masalan 4, 6, 8 - taqsimlanishlar uchalasi ham birinchi katakchada ikkita, ikkinchisida bitta, uchinchisida esa umuman bo‘lmaydigan bir xil holatga mos keladi. Bunday holatning ehtimolligi 3/27, bo‘lib, u 4, 6 va 8 taqsimlanishlarning har biridan uch marta katta.

Demak, qaytmas jarayon shunday jarayonki, bunda sistema ehtimolligi kamroq holatdan, ehtimolligi ko‘proq holatga va oxiri muvozanatli holatga o‘tadi. Uni boshqacha tarzda, ya’ni sistemani ko‘proq ehtimollikdagi holatdan, kamroq ehtimollikdagi holatga o‘tkazuvchi jarayonga teskari bo‘lgan jarayon sifatida aniqlash mumkin. Teskari jarayonni o‘tishi prinsip jihatdan mumkin bo‘lsa ham, lekin uni o‘z-o‘zidan sodir bo‘lish ehtimolligi kam. Uning sodir bo‘lishi uchun bir vaqtning o‘zida tashqi jismlarda kompensatsiyalovchi jarayon ham sodir bo‘lishi talab qilinadi. Termodinamikaning ikkinchi qonuniga asosan kompensatsiyalovchi jarayon shunday bo‘lishi kerakki, bunda teskari va kompensatsiyalovchi jarayonlarning amalga oshishida qatnashuvchi barcha jismlar sistemasi holatining termodinamik ehtimolligi ortsin. 1 da tasvirlangan termodinamik jarayonlarni shu nuqtai nazardan ko‘rib o‘tishni o‘quvchilarning o‘ziga havola qilamiz. Shunday qilib, termodinamikaning ikkinchi qonuni statistik qonundir.

U yakkalangan sistema tarkibiga kiruvchi ko‘p sondagi zarralarning tartibsiz harakatining zaruriy qonuniyatini ifodalaydi.

4. Yakkalangan yerdagi sistema uchun yaratilgan termodinamikaning ikkinchi qonunini cheksiz koinotga tadbiq qilish noo‘rindir. Lekin qonunni bunday tadbiq qilinishi, ba’zi fiziklarni va idealistfaylasuflarni, koinotdagi barcha jismlarning temperaturasi muqarrar tenglashishi natijasida molekulalarning tartibsiz issiqlik harakatidan boshqa barcha harakatlar to‘xtaydi degan xulosaga keldilar. R. Klauzius bunday holatni koinotning “issiqlik o‘limi” deb atadi. “Issiqlik o‘limi” holati entropiyasi maksimum bo‘lgan muvozanatli holat bo‘lishi kerak.

5. Koinotning “Issiqlik o‘limi” haqidagi xulosani rad etish uchun bir necha urinishlar bo‘ladi. Ularning ichida Bolsman gipotezasi ko‘proq ahamiyatga loyiq. Bu gipotezaga binoan, koinot hamma vaqt muvozanatli izotermik holatda bo‘ladi, lekin uning turli qismlarida bunday holatdan chetlashishlar sodir bo‘lib turadi. Muvozanatli bo‘lmagan holat koinotning qancha ko‘p qismini egallasa va muvozanatli holatdan qancha ko‘p chetlashsa, bunday chetlashish shuncha kamroq sodir bo‘ladi. Hozirgi vaqtda nafaqat koinotning “issiqlik o‘limi” haqidagi xulosa, balki tortishish maydonini ta’siri hisobga olinmagani uchun uni dastlabki rad etishga urinishlar ham xato ekanligi aniqlandi. Ma’lum bo‘ldiki, tortishish maydoni tufayli koinotdagi moddaning bir jinsli izotermik taqsimoti entropiyaning maksimumiga mos kelmaydi, chunki ehtimolligi eng katta emas. Gap shundaki, koinot barqaror emas – u kengaymoqda, dastlab bir jinsli bo‘lgan modda, tortishish maydoni ta’sirida galaktikalar to‘dasi, galaktikalar, yulduzlar va boshqalarni hosil qilib, tarqab bormoqda. Bu jarayonlar termodinamikaning ikkinchi qonuniga binoan entropiyaning ortishi bilan sodir bo‘ladi. Bu jarayonlar keyinchalik ham Koinotni bir jinsli izotermik holatga, ya’ni koinotning “issiqlik o‘limi” ga olib kelmaydi.