Vì sao một giọt mực sau khi khuếch tán ở trong nước sẽ không thể tự động tụ lại?

Trong cuộc sống hằng ngày, khuếch tán là một hiện tượng rất phổ cập. Ví dụ, nhỏ một giọt mực đen vào trong cốc nước sạch, sau một khoảng thời gian, mực và nước sạch hoàn toàn trộn lẫn vào nhau. Nước sạch vốn trong suốt không màu đã biến thành nước hơi hơi bị nhuộm đen. Hoặc đặt lọ nước hoa đã mở nắp trong một gian phòng đóng kín các cửa, chẳng bao lâu, mùi nước hoa toả khắp cả gian phòng.

Hiện tượng khuếch tán có nguyên nhân phát sinh từ chuyển động nhiệt hỗn loạn của phân tử. Khi một giọt mực nhỏ vào trong cốc nước sạch, thoạt đầu các phân tử mực tụ tập ở vị trí của một khu vực, về sau do chuyển động va chạm quyết liệt xảy ra giữa phân tử mực và phân tử nước, các phân tử mực liền phân bố đồng đều trên khắp khu vực không gian của cái cốc. Sự khuếch tán của phân tử nước hoa cũng như vậy. Các loại hiện tượng khuếch tán cho chúng ta biết, khuếch tán cuối cùng vẫn là sự biến đổi tự phát từ một loại trạng thái tương đối có trật tự (như mực và nước sạch có mặt phân cách nhất định) sang trạng thái vô trật tự (như hai loại vật chất hoàn toàn trộn lẫn).

Vì sao khuếch tán chung quy vẫn là tự phát từ có trật tự biến thành vô trật tự nhỉ? Hoá ra là xác suất xuất hiện trạng thái vô trật tự rất nhiều. Để nói rõ bản chất này của khuếch tán, chúng ta hãy giả thiết có một cái hộp đậy kín, nửa phần bên trái của hộp có chứa ba phân tử chất khí, nửa phần bên phải không có phân tử chất khí.

Do chuyển động hỗn loạn của phân tử chất khí, sự phân bố của ba phân tử đó trong cả cái hộp có tám loại khả năng. Trong tám loại khả năng này, trạng thái có trật tự cả ba phân tử đều ở trong nửa phần bên trái hoặc nửa phần bên phải chỉ có hai loại; còn trạng thái vô trật tự tương đối có một trong ba phân tử ở vào nửa phần bên trái (hoặc nửa phần bên phải) hai phân tử còn lại ở vào nửa phần kia lại có sáu loại. Vì vậy, với trường hợp ba phân tử, xác suất xuất hiện trạng thái vô trật tự lớn gấp ba lần xác suất xuất hiện trạng thái có trật tự. Rõ ràng là con số các phân tử càng nhiều thì xác suất xuất hiện trạng thái vô trật tự phân bố đồng đều càng lớn. Con số các phân tử chứa đựng trong một giọt mực hoặc một giọt nước hoa lên tới trên trăm tỉ. Vì vậy, khi những phân tử đó khuếch tán, xác suất xuất hiện sự phân bố đồng đều lớn hơn xác suất tụ tập vào một vị trí cục bộ nào đó rất rất nhiều. Điều đó giải thích nguyên nhân vì sao đủ loại hiện tượng khuếch tán mà thông thường chúng ta quan sát thấy rốt cuộc vẫn là ngả về phân bố đồng đều, về trạng thái vô trật tự.

Về mặt lí thuyết, đã là chuyển động nhiệt hỗn loạn, thì ắt phải có một thời khắc nào đó các phân tử mực đã khuếch tán vẫn tụ tập vào với nhau, khôi phục lại hình trạng một giọt mực. Nhưng tính toán thực tế cho thấy, thời gian mà con người chờ đợi loại xác suất này xuất hiện vượt quá tuổi tác của Vũ Trụ rất nhiều. Vì vậy, một giọt mực sau khi khuếch tán trong nước, trên thực tế là không thể tự động tụ tập lại được.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Hỏi đáp & Tư vấn © 2013 Hỏi đáp tư vấn