Angenommen, wir haben eine stationäre Billardkugel. Rollen Sie eine Spielkugel so, dass sie die Billardkugel trifft, und die Billardkugel beginnt sich zu bewegen. Wir würden sagen, dass die Spielkugel auf der Billardkugel funktioniert. Diese Arbeit kann aus den Kräften und Verschiebungen während des Stoßes berechnet werden. Wenn unser Stoß perfekt elastisch ist, dann wird vermutlich die gesamte übertragene Energie durch Arbeit übertragen.
Angenommen, ein Gasmolekül kollidiert mit einem anderen. Diese Situation scheint dieselbe zu sein; es gibt eine elastische Kollision; Energie soll als Arbeit übertragen werden.
Aber jetzt nehmen wir an, es gibt einen ganzen Raum voller schweres kaltes Gas unten und leichtes warmes Gas oben. Nun würden wir sagen, dass durch Wärmeleitung Wärme durch die Gase strömt, Entropie erzeugt wird usw. Aber zu keinem Zeitpunkt gibt es einen physikalischen Prozess außer einem einfachen Zusammenstoß zwischen Molekülen. Wenn die Energieübertragung nur aus einer Reihe intermolekularer Kollisionen besteht, von denen jede Energie über Arbeit überträgt, warum wird dann aus makroskopischer Sicht Energie über Wärme übertragen?
Wenn all das oben Genannte richtig ist, scheint es eine Art Übergang zu geben, bei dem sich die Energieübertragung mit zunehmender Anzahl von Molekülen von Arbeit zu Wärme ändert, oder bei einem Perspektivwechsel von einer mikroskopischen zu einer makroskopischen Beschreibung ändert sich die Energieübertragung von arbeiten, um zu heizen. Aber warum sollten in diesem Fall Dinge wie der zweite Hauptsatz der Thermodynamik von Ihrer Wahl der Perspektive oder der Anzahl der Moleküle in Ihrem System abhängen?
Sie haben Recht, wenn Sie sagen, dass es ein Perspektivwechsel ist: Wärme ist für kleine Systeme kein wirklich brauchbarer Begriff. Wärme wird nur wirklich verwendet, um große Systeme zu beschreiben, bei denen es unmöglich ist, die einzelnen kinetischen Energien von Teilchen zu verfolgen. Der Übergang von der Rede von kinetischer Energie zu Wärme hängt nur davon ab, wie wir das System beschreiben wollen.
Entropie ist jedoch nicht subjektiv, lesen Sie diesen Thread: Ist die Menge an Entropie subjektiv?
Die Botschaft zum Mitnehmen ist, dass, wenn Sie ein System mit einem Satz von Parametern beschreiben, die Entropie eine objektive Funktion dieser Parameter ist, aber je nach gewählten Parametern unterschiedlich sein kann. In der thermodynamischen Grenze sprechen wir normalerweise über ein System in Bezug auf seine Temperatur oder seinen Wärmebesitz usw., aber bei kleineren Systemen kennen wir häufig die Position / den Impuls jedes einzelnen Teilchens. Entropie ist die Unsicherheit des systeminternen Zustands für die gegebenen Parameter. Wenn wir also ein System in Bezug auf alle seine physikalischen Freiheitsgrade spezifizieren, wird seine Entropie Null sein (obwohl dies für große Systeme nicht machbar ist).
Der zweite Hauptsatz gilt dann für die Entropie für die gewählten Parameter und wird immer gleich bleiben oder zunehmen. (Aber alle Wechselwirkungen, die das System erfährt, müssen mit diesen Parametern beschreibbar sein!).
Betrachten Sie als Beispiel ein System mit zwei Gasvolumina bei unterschiedlichen Temperaturen. Dann bringen wir sie in thermischen Kontakt: Wenn wir das System durch Temperaturen und Drücke der beiden Teilsysteme beschreiben, steigt die Entropie des Systems. (Wärmefluss über verschiedene Temperaturen hinweg ist irreversibel) Wenn wir hingegen die Positionen und den Impuls aller Gasmoleküle kennen würden, würde sich die Entropie bei diesem Vorgang nicht ändern. Obwohl wir dies in der Praxis nie erfahren werden, verstößt keine dieser Beschreibungen gegen den zweiten Hauptsatz.
Die Bedeutung des zweiten Hauptsatzes besteht darin, dass die Entropie der Beschreibung mit der Zeit zunimmt, es sei denn, Ihre Parameter können den internen Zustand Ihres Systems vollständig beschreiben.