Entropija je ... Koncept entropije. Standardna entropija

Entropija je riječ koju su mnogi čuli, ali malo ljudi razumije. I moramo priznati da je stvarno teško razumjeti suštinu ovog fenomena. Međutim, ovo nas ne bi trebalo uplašiti. Mnogo toga što nas okružuje, zapravo, možemo samo površno objasniti. I ne govorimo o percepciji ili znanju bilo kojeg pojedinca. Ne, nije. Govorimo o ukupnosti znanstvenih spoznaja koje čovječanstvo ima.

Ozbiljni nedostaci postoje ne samo u poznavanju galaktičkih dimenzija, na primjer, u pitanjima crne rupe i crvotočine, ali i onoga što nas okružuje cijelo vrijeme. Na primjer, još uvijek postoje sporovi o fizičkoj prirodi svjetlosti. A tko može postaviti pojam vremena? Postoji mnogo sličnih pitanja. No, u ovom ćemo članku raspravljati o entropiji. Već se godinama znanstvenici bore protiv koncepta "entropije". Kemija i fizika idu ruku pod ruku u proučavanju ovoga tajnoviti fenomen. Pokušat ćemo saznati što je do sada postalo poznato.

Uvođenje koncepta u znanstvenu zajednicu

Po prvi put pojam entropije u okruženju stručnjaka uveo je istaknuti njemački matematičar Rudolf Julius Emmanuel Clausius. U jednostavnim terminima, znanstvenik je odlučio saznati gdje energija ide. U kojem smislu? Za ilustraciju, nemojmo se obratiti brojnim eksperimentima i složenim zaključcima matematičara, ali primati primjer nama više poznat u svakodnevnom životu.

Trebali biste biti savršeno svjesni da kada napunite bateriju mobilnog telefona, količina energije koja se nakuplja u baterijama bit će manja od onoga što ste zapravo dobili od mreže. Postoje određeni gubici. I u svakodnevnom životu smo navikli na to. Ali činjenica je da se slični gubici javljaju u drugim zatvorenim sustavima. A za fizičare-matematičare to već predstavlja ozbiljan problem. Rudolph Clausius proučavao je ovo pitanje.

Kao rezultat toga, zaključio je najzanimljiviju činjenicu. Ako opet uklonimo kompleksnu terminologiju, smanjit ćemo se na činjenicu da je entropija razlika između idealnog i stvarnog procesa.

Zamislite da posjedujete trgovinu. A imaš za realizaciju 100 troškova kilograma grejp 10 MNT po kg. Stavljanje oznaka u 2 Tug na funti, koju će dobiti od prodaje 1200 MNT će postavio iznos dobavljača i ostaviti sebi profit od dvije stotine MNT.

Dakle, to je bio opis idealnog procesa. I svaki trgovac zna da će se sve grožđe prodavati do 15 posto. I 20 posto će u potpunosti propasti, i jednostavno će biti otpisani. Ali ovo je pravi proces.

Dakle, koncept entropije, koji je uvela u matematičkom okruženju, Rudolf Clausius, definira se kao odnos sustava u kojem je entropija povećanje ovisi o temperaturi sustava u odnosu na vrijednosti apsolutne nule. U stvari, ona pokazuje vrijednost otpada (izgubljene) energije.

Pokazatelj mjere kaosa

Ipak, s nekim se povjerenjem može tvrditi da je entropija mjerilo kaosa. To jest, ako uzmemo kao i obično učenik soba nije očišćen na licu mjesta uniforme morat će karakterizirati neke entropije model zatvorenim sustavima. Ali njegovo značenje u ovoj situaciji bit će malo. Ali ako uz raspršiti igračke, donijeti kokice iz kuhinje (naravno, malo oštećenje) i ostavljaju nered na stolu sve udžbenike, entropije sustava (au ovom konkretnom slučaju - soba) će rasti naglo.

Kompleksna materija

Entropija materije je vrlo složen proces za opisivanje. Mnogi znanstvenici tijekom prošlog stoljeća pridonijeli su proučavanju mehanizma njegovog rada. A pojam entropije koristi ne samo matematika i fizika. Ona također zauzima zasluženo mjesto u kemiji. A neki obrtnici s njegovom pomoći objašnjavaju čak i psihološke procese u odnosima među ljudima. Neka nas prati razlika u formulacijama tri fizičara. Svaki od njih otkriva entropiju s druge strane, a njihova totalnost će nam pomoći da nacrtajemo cjelovitiju sliku za sebe.

Clausiusova izjava

Proces prijenosa topline s tijela s nižom temperaturom na tijelo s višom temperaturom je nemoguće.

Nije teško provjeriti ovaj postulat. Nikad ne možete, hladnim rukama, toplo, recimo, smrznuto malo štene, bez obzira koliko mu želite pomoći. Stoga ga morate gurnuti u krilo, gdje je temperatura veća nego što je u ovom trenutku.

Thomsonova izjava

Proces je nemoguć, rezultat koji bi bio izvedba rada na štetu toplinske energije preuzete iz jednog određenog tijela.

A ako je to vrlo jednostavno, to znači da je fizički nemoguće izgraditi trajni pokretni stroj. Entropija zatvorenog sustava neće dopustiti.

Boltzmannova izjava

Entropija se ne može smanjiti u zatvorenim sustavima, tj. Onima koji ne primaju vanjsku energiju.

Ova je formulacija potresla vjeru mnogih bhakta teorije evolucije i učinila ih ozbiljno razmišljati o postojanju svemira razumnog Stvoritelja. Zašto?

Jer po defaultu u zatvorenom sustavu entropija se uvijek povećava. Dakle, kaos se pogoršava. Može se smanjiti samo putem vanjske opskrbe energijom. I ovaj zakon promatramo svaki dan. Ako ne brinete o vrtu, kući, automobilu itd., Oni će jednostavno postati bezvrijedni.

U megastases, naš svemir je također zatvoreni sustav. Znanstvenici su došli do zaključka da naša postojanje mora svjedočiti da je iz ove vanjske energije energizirano. Stoga se danas nitko ne čudi što astrofizičari vjeruju u Boga.

Strelica vremena

Još jedna vrlo ingenious ilustracija entropije može se predstaviti u obliku strelice vremena. To jest, entropija pokazuje, u kojem smjeru proces će fizički kretati.

Doista, malo je vjerojatno da će saznati o otkazu vrtlara, očekujete da će područje na kojem je odgovorio, postati točniji i dobro njegovan. Upravo suprotno - ako ne zaposli drugog zaposlenika, nakon nekog vremena čak i najljepši vrt će doći do pustošenja.

Entropija u kemiji

U disciplini "Kemija" entropija je važan pokazatelj. U nekim slučajevima, njegova važnost utječe na tijek kemijskih reakcija.

Tko nije vidio scenu iz filma u kojem su likovi precizno su prenesene u spremnik nitroglicerina, bojeći izazvati praska osvrće oštrim pokretom? To je bila vizualna pomoć načelu djelovanja entropije u kemijskoj supstanci. Ako je njegov pokazatelj dostigao kritičnu razinu, tada bi započela reakcija, kao posljedica eksplozije.

Poredak poremećaja

Najčešće tvrde da je entropija žudnja kaosu. Općenito, riječ "entropija" znači transformacija ili rotacija. Već smo rekli da karakterizira akciju. Vrlo zanimljivo u ovom kontekstu je entropija plina. Pokušajmo zamisliti kako se to događa.

Uzimamo zatvoreni sustav koji se sastoji od dva spojena spremnika, od kojih svaka sadrži plin. Tlak u spremnicima, sve dok nisu čvrsto povezani jedni s drugima, bio je drukčiji. Zamislite što se dogodilo na molekularnoj razini, kada su bili povezani.

Mnoštvo molekula, koje je bilo pod intenzivnim pritiskom, odmah je potrčalo svojoj braći, koja je prethodno bila relativno slobodna. Tako su tamo podigli pritisak. To se može usporediti s načinom na koji voda u kupaonici prskuje. Trčanje s jedne strane, ona odmah žuri na drugu. Tako su naše molekule. A u našem idealno izoliranom sustavu od vanjskog utjecaja, oni će biti gurnuti sve dok se ne utvrdi besprijekorna ravnoteža u cijelom volumenu. A sada, kada postoji točno isti prostor oko svake molekule kao i susjedni, sve će se smiriti. A to će biti najviša entropija u kemiji. Preokreće i transformacije prestaju.

Standardna entropija

Znanstvenici ne odustaju od pokušaja organiziranja i klasificiranja čak i poremećaja. Budući da vrijednost entropije ovisi o skupu pratećih uvjeta, uveden je pojam "standardne entropije". smisao tih standarda sažete su u posebnim tablicama tako da je moguće jednostavno izvršiti izračune i riješiti različite primijenjene probleme.

Prema zadanim se postavkama vrijednosti standardne entropije smatraju pod uvjetima pritiska u jednoj atmosferi i temperaturi od 25 stupnjeva Celzijusa. Kada se temperatura poveća, taj se pokazatelj također povećava.

Šifre i šifre

Tu je i informacijska entropija. Namijenjen je za šifriranje kodiranih poruka. Što se tiče informacija, entropija je vrijednost vjerojatnosti predvidljivosti informacija. A ako je na vrlo jednostavan jezik, onda je to tako lako kako bi se slomili presretan šifra.

Kako to radi? Na prvi pogled čini se da bez čak i nekih osnovnih podataka, ne može se razumjeti kodirana poruka. Ali ovo nije sasvim točno. Ovdje dolazi do vjerojatnosti.

Zamislite stranicu sa šifriranom porukom. Znate da je korišten ruski jezik, ali likovi su apsurdno nepoznati. Gdje početi? Razmislite: koja je vjerojatnost da će se na ovoj stranici upoznati slovo "ъ"? I priliku da spotaknu pismo "O"? Sustav koji razumijete. Najčešće se pojavljuju simboli (i najčešće - to je također važan pokazatelj) koji se izračunavaju i uspoređuju s osobitostima jezika na kojemu je poruka sastavljena.

Osim toga, česta su i na nekim jezicima nepromjenjiva slova. Ovo se znanje također koristi za dešifriranje. Usput, to je metoda koju je poznati Sherlock Holmes koristio u priči "Plesni muškarci". Šifre su bile napuknute na isti način uoči Drugog svjetskog rata.

A entropija informacija dizajnirana je kako bi se povećala pouzdanost kodiranja. Zahvaljujući izvedenim formulama, matematičari mogu analizirati i poboljšati varijante koje nude šifre.

Veza s tamnom tvari

Teorije koje još čekaju na njihovu potvrdu, mnoge. Jedan od njih povezuje fenomen entropije s relativno nedavno otkrivenim tamna tvar. Kaže da se izgubljena energija jednostavno pretvara u mračnu. Astronomi priznaju da u svemiru samo 4 posto pada na ono što nam je poznato. A preostalih 96 posto trenutačno nije proučeno - tamno.

Takav naziv je dobila zbog činjenice da ne interakciju s elektromagnetskog zračenja i emitira (kao i sve poznato do tada objekata u svemiru). Stoga, u ovoj fazi razvoja znanosti, studija tamne materije i njegovih svojstava nije moguća.