ما هو الانتروبيا؟

الانتروبيا هي مفهوم مهم في الفيزياء و كيمياء، بالإضافة إلى أنه يمكن تطبيقها على التخصصات الأخرى ، بما في ذلك علم الكونيات والاقتصاد. في الفيزياء ، هو جزء من الديناميكا الحرارية. في الكيمياء ، هو مفهوم أساسي في الكيمياء الفيزيائية.

الوجبات الجاهزة الرئيسية: الانتروبي

الانتروبيا هي مقياس اضطراب النظام. إنه ل الخاصية الواسعة نظام الديناميكا الحرارية ، مما يعني تغير قيمته اعتمادًا على كمية شيء هذا موجود. في المعادلات ، عادة ما يرمز إلى الإنتروبيا بالحرفين S و لديها وحدات الجول لكل كلفن (J⋅K⁻¹) أو كجم / م²⋅s⁻²ك⁻¹. النظام عالي الترتيب لديه إنتروبيا منخفضة.

هناك عدة طرق لحساب الإنتروبيا ، لكن المعادلتين الأكثر شيوعًا هما للعمليات الديناميكية الحرارية والعكس عمليات متساوي الحرارة (درجة حرارة ثابتة).

الانتروبيا لعملية عكسية

يتم إجراء بعض الافتراضات عند حساب الانتروبيا لعملية قابلة للعكس. ربما يكون الافتراض الأكثر أهمية هو أن كل تكوين داخل العملية محتمل بنفس القدر (وهو قد لا يكون كذلك في الواقع). بالنظر إلى الاحتمال المتساوي للنتائج ، فإن الإنتروبي يساوي ثابت بولتزمان (ك_ب) مضروبًا في اللوغاريتم الطبيعي لعدد الحالات المحتملة (W):

ق = ك_ب ln W

ثابت بولتزمان هو 1.38065 × 10−23 J / K.

الانتروبيا لعملية متساوي الحرارة

يمكن استخدام حساب التفاضل والتكامل لإيجاد تكامل dQ/ت من الحالة الأولية إلى الحالة النهائية ، أين س هي الحرارة و ت هل درجة الحرارة المطلقة (كلفن) النظام.

طريقة أخرى للتعبير عن هذا هو أن التغيير في الكون (ΔS) يساوي التغير في الحرارة (Δ س) مقسومة على درجة الحرارة المطلقة (ت):

ΔS = Δ س / ت

الانتروبيا والطاقة الداخلية

في الكيمياء الفيزيائية والديناميكا الحرارية ، واحدة من أكثر المعادلات المفيدة تتعلق الانتروبيا بالطاقة الداخلية للنظام (U):

دو = تي دي إس - ص DV

هنا ، التغيير في الطاقة الداخلية دو يساوي درجة الحرارة المطلقة ت مضروبا في التغير في الانتروبيا مطروحا منه الضغط الخارجي ص والتغيير في الحجم الخامس.

ال القانون الثاني للديناميكا الحرارية يذكر الانتروبيا الكلية ل نظام مغلق لا يمكن أن تنخفض. ومع ذلك ، داخل النظام ، إنتروبيا نظام واحد يستطيع انخفاض عن طريق رفع إنتروبيا نظام آخر.

يتوقع بعض العلماء أن إنتروبيا الكون ستزداد إلى درجة أن العشوائية تخلق نظامًا غير قادر على العمل المفيد. عندما تبقى الطاقة الحرارية فقط ، يقال أن الكون مات من الموت الحراري.

ومع ذلك ، يجادل علماء آخرون في نظرية الموت الحراري. يقول البعض أن الكون كنظام يتحرك بعيدًا عن الإنتروبيا حتى مع زيادة المناطق داخله في الكون. يعتبر البعض الآخر الكون كجزء من نظام أكبر. يقول البعض الآخر أن الحالات المحتملة ليس لها احتمال متساوٍ ، لذا فإن المعادلات العادية لحساب الإنتروبيا ليست صالحة.

كتلة الجليد ستزداد غير قادر علي كما يذوب. من السهل تصور الزيادة في اضطراب النظام. يتكون الجليد من جزيئات الماء المرتبطة ببعضها البعض في شبكة بلورية. مع ذوبان الجليد ، تكتسب الجزيئات المزيد من الطاقة ، وتنتشر بشكل أكبر ، وتفقد البنية لتكوين سائل. وبالمثل ، فإن تغير الطور من سائل إلى غاز ، مثل الماء إلى البخار ، يزيد من طاقة النظام.

على الجانب الآخر ، يمكن أن تنخفض الطاقة. يحدث هذا عندما يتحول البخار إلى طور في الماء أو مع تغير الماء إلى الجليد. لا ينتهك القانون الثاني للديناميكا الحرارية لأن الأمر ليس في نظام مغلق. بينما قد ينخفض ​​انتروبيا النظام الذي تتم دراسته ، يزداد انتروبيا البيئة.

وغالبا ما يطلق على الانتروبيا سهم الوقت لأن المادة في الأنظمة المعزولة تميل إلى الانتقال من النظام إلى الفوضى.

• أتكينز ، بيتر ؛ خوليو دي بولا (2006). الكيمياء الفيزيائية (الطبعة الثامنة). مطبعة جامعة أكسفورد. ردمك 978-0-19-870072-2.
• تشانغ ، ريمون (1998). كيمياء (الطبعة السادسة). نيويورك: ماكجرو هيل. ردمك 978-0-07-115221-1.
• كلاوسيوس ، رودولف (1850). حول القوة الدافعة للحرارة ، وعلى القوانين التي يمكن استنتاجها منها لنظرية الحرارة. بوجيندورف Annalen der Physick، LXXIX (طبع دوفر). ردمك 978-0-486-59065-3.
• لاندسبرغ ، بت. (1984). "هل يمكن أن يزداد الانتروبيا و" الطلب "معًا؟". رسائل الفيزياء. 102 أ (4): 171-173. دوى:10.1016/0375-9601(84)90934-4
• واتسون ، جي آر. كارسون ، إي إم (مايو 2002). "فهم الطلاب الجامعيين للطاقة الانتروبيا وجيبس الحرة." تعليم الكيمياء الجامعي. 6 (1): 4. ISSN 1369-5614