Obsadzovanie oddelení nádoby časticami plynuObsadzovanie oddelení nádoby časticami plynu

Obsadzovanie oddelení nádoby časticami plynu
Na príklade s malým počtom častíc v nádobe si ukážeme ako tieto častice obsadzujú priestor nádoby. Predstavme si, že častice sa nachádzajú v nádobe, ktorú myslene rozdelíme na rovnaké oddelenia A, B. Ak je častíc N, potom v každom okamihu platí ,  kde nA, nB  sú počty častíc v oddeleniach A, B.
 
Ak máme len jednu časticu (očíslovanú 1), potom pri svojom pohybe obsadzuje oddelenia nasledovne:
 
odd. A
odd. B
nA
nB
C(n)
1
-
1
0
1
-
1
0
1
1
 
Ak máme N = 2, potom tieto častice (očíslované 1, 2) sa môžu nachádzať v nádobe takto:
odd. A
odd. B
nA
nB
C(n)
1
2
1
1
1
2
1
1
1
1
1   2
0
2
1
1   2
-
2
0
1
 
Ak sú v nádobe 3 častice, N = 3, potom sú možné takéto kombinácie obsadenia oddelení:
odd. A
odd. B
nA
nB
C(n)
1  2  3
-
3
0
1
1
2   3
1
2
 
2
1   3
1
2
3
3
1   2
2
 
2   3
1
2
1
 
1   3 
2
2
1
3
1   2
3
2
1
 
-
1  2  3
0
3
1
 
C(n)  je počet usporiadaní s rovnakým počtom častíc v jednom oddelení, napr. v tretej tabuľke sú tri usporiadania pre pomer  nA : nB = 1 : 2. Počet usporiadaní pre  N = 2  je
 
 
počet usporiadaní pre N = 3 je 8, pre N = 4 by bolo 16, atd. Všeobecne:
 
počet usporiadaní v 2 oddeleniach = 2N.
 
Prevrátená hodnota počtu usporiadaní je pravdepodobnosť realizácie jedného (ľubovoľne zvoleného) usporiadania
 
 
a pravdepodobnosť realizácie určitej kombinácie obsadenia oddelení je
 
Napr. pre nA = 2, nB = 1 pre N = 3 je (pozri tabuľku) Pn = 3/23 = 3/8. Aby sme si predstavili tieto pravdepodobnosti, zvoľme si N  = 80, potom počet usporiadaní je 280 » 1024. Ak by sme fotografovali usporiadanie v nádobe každú 1 ms, potrebovali by sme dobu dlhšiu ako vek  Zeme na to, aby sme mali istotu získania fotografie usporiadania, keď všetky častice sú v oddelení A. Inými slovami, pravdepodobnosť takéhoto usporiadania je mizivá. Ešte menšiu pravdepodobnosť dostaneme pre to, ak by sme očakávali, že sa nahrnie bez vonkajšieho zásahu 2,5.1019 molekúl vzduchu, ktoré sú v kocke s objemom 1 cm3, do jednej jej polovice.