Entropia este ... Conceptul de entropie. Entropia standard

Entropia este un cuvânt pe care mulți l-au auzit, dar puțini oameni înțeleg. Și trebuie să recunoaștem că este foarte dificil să înțelegem pe deplin esența acestui fenomen. Cu toate acestea, acest lucru nu ar trebui să ne sperie. O mare parte din ceea ce ne înconjoară, noi, de fapt, putem fi explicați doar superficial. Și nu vorbim despre percepția sau cunoașterea unui anumit individ. Nu, nu este. Vorbim despre totalitatea cunoștințelor științifice pe care o are omenirea.

Deficiențe grave există nu numai în cunoașterea dimensiunilor galactice, de exemplu, în ceea ce privește întrebările găuri negre și găurile de vierme, dar și în ceea ce ne înconjoară tot timpul. De exemplu, există încă dispute despre natura fizică a luminii. Și cine poate să stabilească conceptul de timp? Există multe întrebări similare. Dar în acest articol vom discuta entropia. De mulți ani, oamenii de știință au luptat împotriva conceptului de "entropie". Chimia și fizica merg mână în mână în studiul acestui lucru misterios. Vom încerca să aflăm ce a devenit cunoscut până acum.

Introducerea conceptului în comunitatea științifică

Conceptul de entropie în specialiștii de mediu a introdus un matematician german proeminent Rudolf Julius Emmanuel Clausius. În termeni simpli, omul de știință a decis să afle unde merge energia. În ce sens? Pentru a ilustra, să nu se referă la numeroase experimente și raționamente complexe, matematică și să ia un exemplu mai familiar pentru noi din viața de zi cu zi.

Ar trebui să fiți perfect conștienți de faptul că atunci când încărcați, de exemplu, bateria unui telefon mobil, cantitatea de energie acumulată în baterii va fi mai mică decât ceea ce ați obținut de la rețea. Există anumite pierderi. Și în viața de zi cu zi suntem obișnuiți cu asta. Dar este adevărat că pierderile similare se produc în alte sisteme închise. Și pentru matematicienii fizicieni aceasta prezintă deja o problemă serioasă. Rudolph Clausius a studiat această întrebare.

Drept rezultat, el a dedus cel mai curios fapt. Dacă, din nou, eliminăm terminologia complexă, se va reduce la faptul că entropia este diferența dintre un proces ideal și un proces real.

Imaginați-vă că dețineți un magazin. Și ai ajuns la realizarea a 100 de kilograme de grapefruit la un preț de 10 tugrici pe kilogram. Cu o marjă de 2 tugrik pe kilogram, veți primi 1200 de tugrici ca rezultat al vânzării, veți da suma convenită furnizorului și vă veți lăsa un profit de două sute de tugrici.

Deci, a fost o descriere a procesului ideal. Și orice comerciant știe că, odată ce vor fi vândute toate grapefruiturile, vor putea să se micșoreze cu 15%. Și 20 la sută vor cădea complet și vor fi pur și simplu eliminate. Dar acesta este un proces real.

Deci, conceptul de entropie introdus în mediul matematic de Rudolf Clausius este definit ca interrelația unui sistem în care creșterea entropiei depinde de raportul dintre temperatura sistemului și valoarea zero absolută. De fapt, aceasta arată valoarea energiei de deșeuri (pierdute).

Indicator al măsurii haosului

Totuși, este posibil de a împărtăși unele credințe susțin că entropia - o măsură de haos. Adică, dacă luăm ca model de sisteme închise sunt, de obicei camera de student nu este curățat pe uniformele la fața locului vor trebui să caracterizeze o anumită entropie. Dar semnificația ei în această situație va fi mică. Dar, în cazul în care, în plus, să se împrăștie jucării, aduce floricele din bucătărie (desigur, un prejudiciu mic) și se lasă o mizerie pe masă toate manualele, entropia sistemului (și, în acest caz particular - cameră) va crește brusc.

Problema complexă

Entropia materiei este un proces foarte complex de descriere. Mulți oameni de știință de-a lungul secolului trecut au contribuit la studierea mecanismului activității sale. Și conceptul de entropie este folosit nu numai de matematică și fizică. Este, de asemenea, un loc meritat în chimie. Și unii meșteri cu ajutorul ei explică chiar și procese psihologice în relațiile dintre oameni. Să urmărim diferența în formulele celor trei fizicieni. Fiecare dintre ele dezvăluie entropia din cealaltă parte, iar totalitatea lor ne va ajuta să tragem o imagine mai holistică pentru noi înșine.

Declarația lui Clausius

Procesul de transfer de căldură de la un corp cu o temperatură mai mică la un corp cu o temperatură mai ridicată este imposibil.

Nu este dificil să verificăm acest postulat. Niciodata nu poti, cu mainile reci, sa te calzi, sa zici, un pui mic, inghetat, indiferent cat de mult vrei sa-l ajuti. Prin urmare, trebuie să-l împingeți în sân, unde temperatura este mai mare decât este în prezent.

Declarația lui Thomson

Un proces este imposibil, rezultatul căruia ar fi performanța muncii în detrimentul căldurii luate de la un anumit organism.

Și dacă este foarte simplu, înseamnă că este fizic imposibil să construim o mașină de mișcare perpetuă. Entropia unui sistem închis nu va permite.

Declarația lui Boltzmann

Entropia nu poate scădea în sistemele închise, adică în cele care nu primesc energie externă.

Această formulare a zdruncinat credința multor susținători ai teoriei evoluției, și le-a forțat să se gândească serios despre prezența universului unui Creator inteligent. De ce?

Deoarece implicit în sistemul închis entropia crește întotdeauna. Deci, haosul este agravat. Acesta poate fi redus doar prin furnizarea de energie externă. Și această lege observăm în fiecare zi. Dacă nu vă ocupați de grădină, casă, mașină etc., ele vor deveni pur și simplu fără valoare.

În megastaze, universul nostru este și un sistem închis. Și oamenii de știință au ajuns la concluzia că însăși existența noastră trebuie să mărturisească faptul că de undeva această energie externă este energizată. De aceea, astăzi nimeni nu este surprins de faptul că astrofizicii cred în Dumnezeu.

Săgeata timpului

O altă ilustrare foarte ingenioasă a entropiei poate fi reprezentată sub forma unei săgeți de timp. Asta este, entropia arată, în ce direcție procesul se va mișca fizic.

Într-adevăr, este puțin probabil să înveți despre demiterea grădinarului, vă veți aștepta ca teritoriul pentru care a răspuns să devină mai precis și bine îngrijit. Dimpotrivă - dacă nu angajați un alt angajat, după un timp, chiar și cea mai frumoasă grădină va ajunge la pustiu.

Entropia în chimie

În disciplina "Chimie", entropia este un indicator important. În unele cazuri, importanța acesteia afectează evoluția reacțiilor chimice.

Cine nu a văzut scena din film în care personajele sunt transferate cu precizie la containerul de nitroglicerină, temându-se să provoace o explozie de mișcare bruscă nesăbuit? Acesta a fost un ajutor vizual pentru principiul acțiunii entropiei într-o substanță chimică. Dacă indicatorul său a atins un nivel critic, atunci reacția va începe, ca urmare a unei explozii.

Ordine de tulburare

Cel mai adesea susțin că entropia este dorința de haos. În general, cuvântul "entropie" înseamnă transformare sau rotație. Am spus deja că caracterizează acțiunea. Foarte interesant în acest context este entropia gazului. Să încercăm să ne imaginăm cum se întâmplă.

Luăm un sistem închis care constă din două rezervoare conectate, fiecare conținând gaz. Presiunea în recipiente, până când erau strâns legate între ele, era diferită. Imaginați-vă ce sa întâmplat la nivel molecular, când au fost conectați.

Mulțimea de molecule, care se afla sub presiune mai intensă, se grăbea imediat către frații săi, care înainte erau relativ liberi. Astfel, au crescut presiunea acolo. Acest lucru poate fi comparat cu modul în care apa din baie se stropeste. Fugind pe o parte, ea se îndreaptă imediat către cealaltă. De asemenea, sunt moleculele noastre. Și în sistemul nostru izolat ideal din exterior, ele vor fi împinse până când echilibrul impecabil va fi stabilit în întregul volum. Și acum, când există exact același spațiu în jurul fiecărei molecule ca și cea vecină, totul se va calma. Și aceasta va fi cea mai mare entropie din chimie. Turnurile și transformările vor înceta.

Entropia standard

Oamenii de știință nu renunță la încercările de a organiza și clasifica chiar tulburare. Din moment ce valoarea entropiei depinde de setul de condiții însoțitoare, a fost introdus conceptul de "entropie standard". sens din aceste standarde sunt rezumate în tabele speciale, astfel încât este posibilă efectuarea cu ușurință a calculelor și rezolvarea diferitelor probleme aplicate.

În mod implicit, valorile entropiei standard sunt considerate în condiții de presiune într-o atmosferă și o temperatură de 25 grade Celsius. Când crește temperatura, acest indicator crește și el.

Coduri și cifre

Există, de asemenea, entropie de informații. Acesta este conceput pentru a ajuta la criptarea mesajelor codate. În ceea ce privește informațiile, entropia este valoarea probabilității predictibilității informațiilor. Și dacă în limbaj foarte simplu, atunci este cât de ușor va fi să spargeți cifrul interceptat.

Cum funcționează? La prima vedere se pare că, fără nici măcar câteva date de bază, nu se poate înțelege mesajul codificat. Dar acest lucru nu este adevărat. Aici probabilitatea intră în joc.

Imaginați-vă o pagină cu un mesaj criptat. Știți că limba rusă a fost folosită, dar personajele sunt absolut nefamiliare. De unde să încep? Gândiți-vă: care este probabilitatea ca pe această pagină să se întâlnească litera "ъ"? Și ocazia de a cădea peste litera "o"? Sistemul pe care îl înțelegi. Calculând caracterele care sunt cele mai comune (și cel mai puțin probabil - este, de asemenea, un indicator important), și în comparație cu particularitățile limbii în care mesajul a fost scris.

În plus, există scrisori frecvente și, în unele limbi, invariabile. Aceste cunoștințe sunt, de asemenea, utilizate pentru a descifra. Apropo, aceasta este metoda folosită de celebrul Sherlock Holmes în povestea "Dancing Men". Codurile au fost sparte în același mod în ajunul celui de-al doilea război mondial.

Și entropia informațională este concepută pentru a spori fiabilitatea codificării. Datorită formulelor derivate, matematicienii pot analiza și îmbunătăți variantele oferite de cipuri.

Legătura cu materia întunecată

Teorii care încă mai așteaptă confirmarea lor, foarte multe. Unul dintre ele relaționează fenomenul entropiei cu un relativ recent descoperit materia întunecată. Se spune că energia pierdută este pur și simplu transformată într-una întunecată. Astronomii recunosc că în Universul nostru doar 4% cad pe chestiunea pe care o cunoaștem. Restul de 96% nu sunt studiate în acest moment - întuneric.

Un astfel de titlu a primit datorită faptului că nu interacționează cu radiația electromagnetică și emite (ca toate cunoscute până la acel moment obiectele din univers). Prin urmare, în această etapă a dezvoltării științei, studiul materiei întunecate și al proprietăților sale nu este posibil.