The solution at revision #19001 of , by emixter. This is not the current version.

Условие

5.8.13∗. В сосуд с водой при температуре поместили 1 г льда, находящегося при температуре в герметичной коробке. Определите, во сколько раз вероятность процесса превращения льда в воду больше вероятности обратного процесса — растаявшая вода в коробке вдруг начнет отдавать тепло окружающей воде и превратится в лед. Температура воды в сосуде при таянии льда практически не меняется.

Решение

Рассмотрим замкнутую систему, состоящую из двух частей: содержимого герметичной коробки (лед/вода) и окружающей воды в сосуде, которая выступает в роли термостата. Так как плавление льда происходит при постоянной температуре , содержимое коробки получает тепло, и его энтропия увеличивается:

Окружающая вода отдает это же количество теплоты при своей постоянной температуре , поэтому ее энтропия уменьшается:

Энтропия величина адитивная, поэтому полное изменение энтропии всей системы:

Согласно формуле Больцмана связь энтропии с числом микросостояний, которыми может быть реализовано данное макросостояние:

Вероятность того, что произойдет прямой процесс (лёд станет водой), пропорциональна тому, сколькими способами может существовать конечное состояние . Вероятность обратного процесса (растаявшая вода превратится в лёд за счет случайных флуктуаций) пропорциональна числу способов существования начального состояния . Следовательно:

пробр

Окончательно:

пробр

Подставив числовые значения величин, я получил показатель экспоненты:

Савченко же рассматривает лишь порядок величины:

Перейдём в основании степени от эспоненты к 10, используя, что :

Моя оценка пробр. Оценка Савченко: пробр.

Ответ

Приблизительная оценка Савченко в раз.

Более точная оценка в раз.