Mae'r berthynas rhwng ecwilibriwm thermol a mudiant gronynnau microsgopig yn gorwedd yn y ffaith bod ecwilibriwm thermol yn "ecwilibriwm thermodynamig" lle mae'r system macrosgopig yn sefydlog tra bod y system ficrosgopig yn symud yn barhaus. Mae ei sefydlogrwydd macrosgopig yn union gyfartaledd ystadegol y cynnig thermol ar hap o nifer fawr o ronynnau microsgopig.
Gallwch ei ddeall fel hyn: Pan fydd system yn cyrraedd ecwilibriwm thermol, nid yw'r paramedrau megis tymheredd a phwysau y gallwn eu mesur gyda'r llygad noeth neu offerynnau yn newid mwyach, fel pe bai popeth yn "dal." Ond mewn gwirionedd, nid yw'r gronynnau microsgopig fel atomau a moleciwlau sy'n ffurfio'r system byth yn stopio symud-maent yn dal i ymwneud yn gyson â mudiant thermol ar hap, yn gwrthdaro â'i gilydd ac yn cyfnewid egni. Dim ond bod effaith gyfartalog ystadegol y cynigion hyn yn parhau'n gyson yn facrosgopig, gan gyflwyno cyflwr sefydlog.
Nodweddion craidd mudiant gronynnau microsgopig mewn ecwilibriwm thermol:
Heb-derfynu mudiant thermol: Hyd yn oed mewn cydbwysedd thermol, mae gronynnau microsgopig yn parhau i symud ar hap ar gyflymder uchel. Er enghraifft, gall cyflymder cyfartalog moleciwlau nwy ar dymheredd ystafell gyrraedd cannoedd o fetrau yr eiliad. Nid yw'r cynnig hwn yn dod i ben oherwydd bod y system yn statig yn macrosgopig.
Cyfnewid ynni'n barhaus: Mae gwrthdrawiadau a throsglwyddo ynni yn digwydd yn gyson rhwng gronynnau. Mewn hylifau neu solidau, mae moleciwlau'n trosglwyddo egni trwy ddirgryniad a chylchdroi; mewn nwyon, mae dosbarthiad ynni yn cael ei homogeneiddio trwy symudiad rhydd a gwrthdrawiadau aml.
Deddfau Ystadegol sy'n Pennu Perfformiad Macrosgopig: Yn ei hanfod, mae meintiau ffisegol macrosgopig (fel tymheredd a gwasgedd) yn gyfartaleddau ystadegol o ymddygiad cyfunol gronynnau microsgopig.
Hanfod Ecwilibriwm Dynamig: Gelwir ecwilibriwm thermol yn "ecwilibriwm thermol deinamig," gan bwysleisio ei natur ddeinamig. Er enghraifft:
Mewn cynhwysydd caeedig, pan fydd hylif a'i anwedd dirlawn yn cydfodoli, mae moleciwlau'n anweddu'n barhaus o'r cyfnod hylif i'r cyfnod nwy, tra bod nifer cyfartal o foleciwlau'n cyddwyso o'r cyfnod nwy yn ôl i'r cyfnod hylif. Yn facrosgopig, nid yw masau'r ddau gam yn newid, ond mae'r broses ficrosgopig yn parhau.
Pan fydd y tymheredd ar ddau ben gwialen fetel yr un fath, mae electronau a dirgryniadau dellt (ffonau) yn dal i drosglwyddo egni, ond mae'r fflwcs gwres net yn sero.
Bodolaeth Amrywiadau: Er bod meintiau macrosgopig yn sefydlog, oherwydd hap-symudiad gronynnau, bydd cyflwr y system yn amrywio ychydig o amgylch y gwerth ecwilibriwm; gelwir hyn yn "amrywiad." Er enghraifft, gall y dwysedd neu'r egni mewn rhanbarth penodol fod ychydig yn uwch neu'n is dros gyfnod byr iawn, ond mae amrywiadau o'r fath fel arfer yn ddibwys ar raddfa facrosgopig.
O Heb-Ecwilibriwm i Ecwilibriwm: Proses Esblygiadol o Safbwynt Microsgopig
|
Cyfnod Esblygiadol |
Ymddygiad Microsgopig |
Amlygiad Macrosgopig |
|
Cyflwr nad yw'n-Ecwilibriwm |
Mae gan{0} ranbarthau tymheredd uchel egni cinetig gronynnau uchel, mae gan ranbarthau tymheredd isel egni cinetig isel |
mae trosglwyddo ynni yn un cyfeiriad. Mae graddiant tymheredd yn bodoli, ac mae gwres yn llifo'n ddigymell. |
|
Proses Ymlacio |
Mae gronynnau'n dosbarthu egni'n gyfartal yn raddol trwy wrthdrawiadau; mae'r dosbarthiad cyflymder yn agosáu at ddosbarthiad Maxwell |
Mae'r gwahaniaeth tymheredd yn gostwng, ac mae entropi yn cynyddu. |
|
Cyflwr Ecwilibriwm Thermol |
Mae egni cinetig gronynnau cyfartalog yn gyfartal ym mhob rhanbarth; mae'r dosbarthiad cyflymder yn sefydlog |
Mae'r tymheredd yn unffurf; nid oes llif gwres net; mae entropi ar ei uchaf. |
Mae'r broses hon yn anwrthdroadwy, yn sylfaenol oherwydd llethol ystadegol: mae nifer y ffurfweddiadau microsgopig sy'n cyfateb i gyflyrau entropi uchel (anhrefn) yn llawer mwy na chyflwr cyflyrau entropi isel, gan wneud y system yn fwy "tebygol" o esblygu i'r dosbarthiad mwyaf tebygol.
Cyfatebiaeth Glasurol: Moleciwlau Aer mewn Ystafell Ddosbarth
Dychmygwch ystafell ddosbarth gaeedig lle mae moleciwlau aer yn hedfan o gwmpas ar gyflymder uchel:
I ddechrau, os caiff un ochr ei gynhesu, mae'r moleciwlau ar yr ochr honno'n symud yn fwy treisgar, ac mae egni'n tryledu i'r ochr oerach.
Ar ôl cyfnod o amser, mae'r tymheredd trwy'r ystafell ddosbarth yn dod yn unffurf. Mae moleciwlau yn dal i hedfan o gwmpas ar hap, ond mae nifer y moleciwlau sy'n taro'r wal bob eiliad a'u hegni cinetig cyfartalog yn tueddu i aros yn gyson.
Ni fyddwch yn gweld y moleciwlau i gyd yn rhedeg yn sydyn i un ochr-er nad yw hyn wedi'i wahardd yn llwyr yn ddamcaniaethol, mae'r tebygolrwydd bron yn sero.
Dyma'n union y darlun microsgopig o ecwilibriwm thermol: llonyddwch macrosgopig, gweithgaredd microsgopig; hap unigol, trefn gyffredinol.
