22. Статистический характер второго закона термодинамики
В отличие, от первого закона термодинамики второй закон представляет собой статистический закон. Он справедлив только для средних величин, в частных же случаях возможны отступления от него. Второй закон утверждает, что теплоту, взятую от источника, нельзя полностью превратить в другие виды энергии; часть теплоты должна быть отдана окружающему пространству, а другие виды энергии могут быть полностью превращены в теплоту. Поясним это примером. Тело, падающее с высоты 
имеет кинетическую энергию. Если оно упало на землю, то его кинетическая энергия полностью превращается в теплоту, идущую на нагревание как самого падающего тела, так и окружающей его среды. Все молекулы тела участвовали, во-первых, в тепловом беспорядочном движении, во-вторых, в упорядоченном движении, имеющем определенную кинетическую энергию.
Когда камень упал на землю, упорядоченное движение молекул прекратилось и кинетическая энергия их полностью перешла в энергию беспорядочного теплового движения. Вообще второй закон термодинамики утверждает, что переход упорядоченного движения в неупорядоченное осуществляется полностью; наоборот, неупорядоченное движение не может полностью переходить в упорядоченное.
Это положение приводит к определенным границам применения второго закона термодинамики.
Хаотическое (неупорядоченное) движение в системе возможно только в тех случаях, когда система имеет большое количество частиц материи (молекулы, атомы, электроны). К таким системам уже применимы законы статистики. Рассмотренные нами примеры, на основании которых были даны качественные формулировки второго закона термодинамики, удовлетворяют этим условиям. Если же системы состоят из небольшого числа частиц материи, то второй закон термодинамики может нарушаться.
Рассмотрим еще раз пример перехода большой массы газа из одной части сосуда в другую без совершения работы и притока теплоты извне. Если газ занимает одну часть объема, то при открывании крана он займет весь цилиндр. Новое состояние равновесия в соответствии со вторым законом наступит тогда, когда давление и температура во всех частях пространства будут одинаковы. Такое положение осуществляется благодаря хаотическому движению частиц материи в системе. Представим себе, теперь, что в цилиндре (рис. 22), разделенном на две части, имеется только две молекулы газа. На основании второго закона термодинамики в обеих половинах цилиндра должно быть по одной молекуле. Вследствие движения молекул будут встречаться случаи, когда обе молекулы будут находиться то в одной, то в другой половине цилиндра, что противоречит второму закону термодинамики. Если в сосуде содержится 20 молекул газа, то случай, чтобы все молекулы оказались в одной половине цилиндра, будет более редким, чем случай, когда в одной части сосуда будет 8 молекул, а во второй — 12.
Чем больше содержится молекул газа в цилиндре, тем менее вероятно, что они соберутся в одной половине цилиндра, но такая возможность вовсе не отрицается.
Из рассмотренных примеров видно, что со статистической точки Зрения второй закон термодинамики в отдельных случаях может нарушаться, но чем значительнее эти нарушения, тем они менее вероятны.
Рис. 22.
