מהי אנטרופיה?

אנטרופיה היא גְדוּלָהתֶרמוֹדִינָמִיקָה קשור ל בלתי הפיכות של מצבי המערכת הפיזית. זה בדרך כלל קשור למידת "הפרעה"או"אקראיות”של מערכת. על פי אחת ההצהרות של החוק השני של התרמודינמיקה:

“במערכת מבודדת תרמית, מדידת האנטרופיה חייבת תמיד לעלות עם הזמן, עד שמגיעה לערכה המרבי. "

במילים אחרות, ה אנטרופיה מסוגל למדוד את המשמעות של "חץ הזמן”של מערכת. כשאנחנו רואים את התמונות למטה, אנו יודעים באופן אינטואיטיבי שהמצב הראשוני של המערכת מיוצג על ידי הדימוי של ה- שמאלה, מהגדולים ביותר אִרגוּן:

כשמסתכלים על התמונה הקודמת, אנו יודעים שהתצורה הסופית הסבירה ביותר היא זו שבה יש אטומים מהירויות לכל הכיוונים, בנוסף ל עמדות אקראיות. זה מה שכל האנטרופיה הוא: א ריבוי של מצבי מערכת חייב תמיד להגדיל.

דוגמאות

איזו מההגדרות שלמטה היא סביר יותר שיש להקפיד על סידור לבנים לאורך זמן?

בתצורה הראשונה, ה- ריבוי של מצבי הבלוקים הוא קטן: כולם מסודרים ב כיווןאופקי, מַקְבִּיל אחד את השני. עם חלוף הזמן או הפעולה של סוכן, צפוי כי תצורתו להתבגר ב מספר ב מדינות, בעד יוֹם שֵׁנִיקונפורמציה, מאויר בתמונה מימין. ניתן לתת דוגמאות נוספות:

• כשמניחים שקית קרח במיכל עם

  גדול יותרטֶמפֶּרָטוּרָה, הטמפרטורה שלו עולה עד שהיא מגיעה ל איזון תרמי. בשלב זה, הקרח יכול להמיס. על ידי לקיחת חום שוב מגוש הקרח, שנמצא כעת במצב נוזל, זה יכול להיות מוצק שוב, אבל הקונפורמציה שלו לא יהיה אותו ארגון שהוצג בעבר.

  אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)

• כשפותחים בקבוק בושם, החום יכול לעזור ריכוך שלך מולקולות, להפיץ את תוכן הבושם לכל אורכו של החדר. לא ניתן לצפות להיפך מכיוון שהסרת חום לא תקדם את החזרת המולקולות לבקבוק.

הגדרה מתמטית של אנטרופיה

ה הגדרה מתמטית האנטרופיה ניתנת על ידי היחס בין כמות החום (ש) הועבר בין שני חלקים של מערכת מבודדת תרמית, בתוך ג'אול (J), לפי הטמפרטורה המוחלטת שלו, ב קלווין (ק):

ס = אנטרופיה (J / K)

ΔQ = כמות החום (J)

ט = טמפרטורה מוחלטת (K)

ההגדרה שניתנה לעיל תקפה עבור תהליכים איזותרמייםכלומר, בהן יש חילופי חום כה קטנים (או איטיים), עד שהם אינם מסוגלים לשנות את הטמפרטורה של המערכת. הגדרת אנטרופיה היא אפוא זָעִיר מְאֹד (חלק קטן לאין שיעור).

אנו יכולים גם להבין את מושג האנטרופיה באופן הבא: להיות מערכת שנוצרת על ידי שתי חלקים של אותו גז, בתוך הרבה הבדליםטמפרטורות, אפשר לחלץ כמות כלשהי של עֲבוֹדָה שהוא מעביר קצת בּוּכנָה אוֹ כננת יד, לדוגמה. למרות זאת, שעות נוספות, חלקי הגז הזה נוטים איזוןתֶרמִי. אם כבר לא יהיה הבדל בטמפרטורה, אפילו עם כל האנרגיה הקיימת שם, לא ניתן יהיה להפיק שום עֲבוֹדָהמוֹעִיל ממנו.

מאת רפאל הלרברוק
בוגר פיזיקה

האם תרצה להתייחס לטקסט זה בבית ספר או בעבודה אקדמית? תראה:

הלרברוק, רפאל. "מהי אנטרופיה?"; בית ספר ברזיל. אפשר להשיג ב: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-entropia.htm. גישה אליו ב -28 ביוני 2021.