Variazione di entropia nel problema della "vasca da bagno".
Sono dati i corpi di capacità termica C1 e C2 , alle temperature iniziali T1 e T2 (con T1 < T2 ), isolati dal resto dell'Universo. Posti direttamente a contatto fra loro si portano (irreversibilmente) alla temperatura intermedia Tx data da (vedi alla fine *** per una traccia del calcolo):
[1]
La variazione di entropia dell'Universo corrispondente a questa trasformazione diviene (essendo T11 e T22 le temperature istantanee):
; da cui integrando
Per mostrare che DS è sempre passiamo dai logaritmi ai numeri .
La condizione diviene quindi
Sostituiamo la Tx fornita dalla [1]
estraendo la radice :
e ancora:
Poniamo ora e
Con passaggi si ottiene:
da cui finalmente (x è sempre >0) da discutere : è veramente
?
I parametri x ed y sono entrambi sempre > 0 ed entrambi sempre < 1.
Al variare della x risulta quindi che l’espressione FF è sempre >0 e inoltre
Ricordare che la condizione equivale alla condizione
.
*** Traccia per calcolare la [1]
Come ipotizzato, il sistema è isolato dal Resto dell'Universo. Per esso possiamo quindi affermare e
; di conseguenza, dal Primo Principio; risulta anche
.
Pertanto la somma algebrica delle variazioni dell'energia interna delle due parti in cui è suddiviso il Sistema deve essere uguale a zero; si può quindi scrivere:
da cui, con pochi passaggi, la [1].