Первый закон термодинамики используется при расчетах энергетического баланса, утверждая, что энергия может превращаться из одной формы в другую, но не может создаваться или уничтожаться. Этот закон, однако, ничего не говорит о том, будет ли происходить то или иное событие и в каком направлении могут происходить изменения в системе. Для понимания возможности осуществления того или иного события рассмотрения энергетического баланса недостаточно. Необходимо введение еще одной функции, позволяющей прогнозировать возможность направления процессов. Такой функцией является энтропия. Рассмотрим сначала статистический подход, позволяющий выразить вероятность существования системы в определенном состоянии через число микросостояний системы. Такой подход был реализован Больцманом, кроме того, статистическая интерпретация энтропии позволяет более глубоко вскрыть смысл понятия «энтропии».
Рассмотрим для простоты систему из трех молекул (А, В, С), квантовые уровни которых показаны на рис. 2.1.
Допустим, что система, находящаяся в состоянии 1, поглощает 3 одинаковых кванта энергии E = 3hv. Это означает, что в системе должны произойти соответствующие энергетические изменения. Сколькими способами может осуществляться процесс поглощения квантов? Поскольку ширина между энергетическими уровнями одинакова и равна энергии кванта hv = Eкванта, то даже для одинаковых
молекул возможно 10 способов реализации процесса возбуждения при поглощении 3 квантов: А, В, С. Эти 10 способов размещения молекул на энергетических уровнях (или 10 комбинаций) определяют возможные микросостояния системы. Причем все эти 10 микросостояний системы называются ансамблем системы и делятся на 3 группы микросостояний, называемых конфигурациями. Число способов (микросостояний) получения каждой конфигурации разное. Для конфигурации А - 3 микросостояния (способа). Для конфигурации В - 6 способов (микросостояний), а для конфигурации С возможно только 1 микросостояние.