ما هو الانتروبيا وكيفية حسابها

يُعرف الانتروبيا على أنها المقياس الكمي للاضطراب أو العشوائية في النظام. المفهوم يخرج من الديناميكا الحراريةالذي يتعامل مع نقل طاقة حرارية داخل النظام. بدلا من الحديث عن شكل من أشكال "الكون المطلق" ، يناقش الفيزيائيون عمومًا التغيير في الكون الذي يحدث في عملية الديناميكا الحرارية.

الوجبات الجاهزة الرئيسية: حساب الانتروبيا

في عملية متساوي الحرارة، التغيير في الكون (دلتا-س) هو التغير في الحرارة (س) مقسومة على درجة الحرارة المطلقة (ت):

دلتا-س = س/ت

في أي عملية ديناميكية حرارية قابلة للعكس ، يمكن تمثيلها في حساب التفاضل والتكامل باعتبارها جزءًا لا يتجزأ من الحالة الأولية للعملية إلى حالتها النهائية dQ/T. بمعنى أكثر عمومية ، الإنتروبيا هي مقياس الاحتمالية والاضطراب الجزيئي لنظام ماكروسكوبي. في نظام يمكن وصفه بالمتغيرات ، قد تفترض هذه المتغيرات عددًا معينًا من التكوينات. إذا كان كل تكوين محتملاً بشكل متساوٍ ، فإن الإنتروبيا هي اللوغاريتم الطبيعي لعدد التكوينات مضروبًا في ثابت بولتزمان:

ق = ك_ب ln W

حيث S هو الكون ، ك_ب هو ثابت بولتزمان ، ln هو اللوغاريتم الطبيعي ، ويمثل W عدد الحالات المحتملة. ثابت بولتزمان يساوي 1.38065 × 10⁻²³ J / K.

يعتبر الانتروبيا خاصية ممتدة للمادة يتم التعبير عنها من حيث الطاقة مقسومة على درجة الحرارة. ال وحدات SI من الكون هو J / K (جول / درجات كلفن).

طريقة واحدة للقول القانون الثاني للديناميكا الحرارية كما يلي: في أي نظام مغلق، ستظل إنتروبيا النظام إما ثابتة أو تزيد.

يمكنك عرض هذا على النحو التالي: إضافة الحرارة إلى نظام يؤدي إلى تسريع الجزيئات والذرات. قد يكون من الممكن (على الرغم من الصعوبة) عكس العملية في نظام مغلق دون سحب أي طاقة من أو إطلاق طاقة في مكان آخر للوصول إلى الحالة الأولية. لا يمكنك أبدًا جعل النظام بالكامل "أقل نشاطًا" مما كان عليه عندما بدأ. الطاقة ليس لها مكان تذهب إليه. بالنسبة للعمليات التي لا رجعة فيها ، يزداد دائمًا الانتروبيا المشتركة للنظام وبيئته.

هذه النظرة إلى القانون الثاني للديناميكا الحرارية تحظى بشعبية كبيرة ، وقد أسيء استخدامها. يجادل البعض في أن القانون الثاني للديناميكا الحرارية يعني أن النظام لا يمكن أن يصبح أكثر تنظيما. هذا غير صحيح. هذا يعني فقط أن تصبح أكثر تنظيماً (لكي تنخفض الأنتروبيا) ، يجب عليك نقل الطاقة من مكان ما خارج النظام ، مثل عندما تستمد المرأة الحامل الطاقة من الطعام لتتسبب في تشكل البويضة المخصبة إلى طفل. وهذا يتماشى تماما مع أحكام القانون الثاني.

يُعرف الانتروبيا أيضًا باسم الاضطراب والفوضى والعشوائية ، على الرغم من أن المرادفات الثلاثة غير دقيقة.

المصطلح ذو الصلة هو "الإنتروبيا المطلقة" ، والذي يشار إليه ب س عوضا عن ΔS. يتم تعريف الإنتروبيا المطلقة وفقًا للقانون الثالث للديناميكا الحرارية. هنا يتم تطبيق ثابت يجعله بحيث يتم تعريف الكون عند الصفر المطلق على أنه صفر.