Feladat: 1956. fizika feladat Korcsoport: 18- Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Póta Erzsébet ,  Rakaczki Zoltán ,  Vass Zoltán 
Füzet: 1985/március, 138 - 139. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Termodinamikai valószínűség (Boltzmann-képlet), Entrópia, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1984/szeptember: 1956. fizika feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A vár összedőlésekor, a mikróeloszlások számának változásából adódó entrópiaváltozás a kártyák kis száma (30 db) miatt elhanyagolható az összeomláskor keletkező hő okozta entrópianövekedés mellett. Becsüljük meg ez utóbbi nagyságát!
Egy teljes kártyacsomag tömegméréséből egy kártyalap tömege: m2 g. A vár magassága: h30 cm.
A vár helyzeti energiája alakul át hővé: ΔE=ΔQ. Így a T300 K hőmérsékletű szobában az entrópianövekedés: ΔS=ΔQΔT.
A helyzeti energia változását többféle módon becsülhetjük. Vagy emeletenként kiszámítjuk a kártyák helyzeti energiáját, vagy egy durvább, de gyorsabb becsléssel a várat egy homogén 30m tömegű, h magasságú rúdnak tekintjük, és így ΔE=30mgh/2910-2 J. Végül az entrópianövekedés ΔS310-4 J/K.
Becsüljük meg a mikróeloszlások számát a vár kezdő- és végállapotában! Kezdetben a 30 lapból álló várat Y1=30! módon építhetjük fel. Minden egyes konfiguráció egy-egy mikroeloszlást jelent. Az összedőlés után a kártyák középpontjai egy 10 cm sugarú körön belül helyezkednek el, a kör területe 3104mm2, a kártyák elhelyezkedésének bizonytalansága 1μm. A kör területét 31010 db 1μm2-es cellára oszthatjuk. A 30 kártya középpontja ezekben a cellákban (31010)30-féleképpen helyezkedhet el, így a végállapotban a mikroeloszlások száma Y2=(31010)30. Az entrópianövekedés: ΔS=kBlnY2Y1=5,810-19 J/K, ami valóban elhanyagolható az előző entrópianövekedéshez képest.