Entropija je ... Koncept entropije. Standardna entropija

Entropija je riječ koju su mnogi čuli, alivrlo 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 znanjuna primjer, u pitanjima o crnim rupe i crvotočini, ali i na ono što nas okružuje stalno. 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 ovog tajanstvenog fenomena. Pokušat ćemo saznati što je do sada postalo poznato.

Uvođenje koncepta u znanstvenu zajednicu

Po prvi put koncept entropije u okruženju stručnjakauvela 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 dobro znati to kad sinapunite bateriju mobilnog telefona, količina energije koja se nakuplja u baterijama bit će manja nego što je zapravo primljena 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. I došli ste do realizacije 100 kilograma grejpa po cijeni od 10 tugrica po kilogramu. Stavljajući marku od 2 tugrice po kilogramu, dobit ćete 1200 tugrika kao rezultat prodaje, dati ugovoreni iznos dobavljaču i ostavite sebi profit od dvije stotine tugriksa.

Dakle, to je bio opis idealnog procesa. I svaki trgovački trgovac zna da će sve vrijeme kada se sve grožđe prodaju, imat će vremena za smanjenje za 15 posto. I 20 posto će u potpunosti prevrnuti, i oni će samo morati biti otpisani. Ali ovo je pravi proces.

Dakle, pojam entropije, koji je ušao uMatematičko okruženje Rudolf Clausius definira se kao odnos sustava u kojem povećanje entropije ovisi o omjeru temperature sustava do apsolutne vrijednosti. U stvari, ona pokazuje vrijednost otpada (izgubljene) energije.

Indikator mjera kaosa

I dalje je moguće s nekim uvjerenjemtvrditi da je entropija mjera kaosa. To jest, ako uzmemo u obzir sobu običnog školarca kao model zatvorenog sustava, tada će školska odora koja već nije postavljena već karakterizira neku entropiju. Ali njegova vrijednost u ovoj situaciji bit će mala. No, pored raspršivanja igračaka, dovođenja kokica iz kuhinje (naravno, malo pada) i ostavljajući sve udžbenike na stolu u neredu, entropija sustava (iu ovom konkretnom slučaju ove sobe) dramatično će se povećati.

Kompleksna materija

Entropija materije - vrlo teško opisatiproces. Mnogi znanstvenici tijekom proteklog stoljeća pridonijeli su proučavanju mehanizma njegova djelovanja. Štoviše, pojam entropije koristi ne samo matematičari i fizičari. Ona također zauzima zasluženo mjesto u kemiji. I neki su obrtnici koji svojim znanjem čak objašnjavaju psihološke procese u odnosima ljudi. Neka nas prati razlika u formulacijama tri fizičara. S druge strane, svaka od njih otkriva entropiju, a njihova kombinacija će nam pomoći pri crtanju cjelovite slike za sebe.

Clausius tvrdi

Nemoguće je prenijeti toplinu iz tijela s nižom temperaturom na tijelo s višom.

Pobrinite se da je ovaj postulat jednostavan. Nikad ne možete s hladnim rukama toplo, recimo, smrznuto malo štene, bez obzira koliko mu želite pomoći. Stoga ga morate gurnuti u krilo, gdje je temperatura veća od onoga što ima u ovom trenutku.

Thomsonova izjava

Nemogući proces, rezultat koji bi bio izvedba posla zbog topline, preuzet iz jednog od određenog tijela.

A ako je to sasvim jednostavno, to znači da je fizički nemoguće dizajnirati 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 sljedbenika teorije evolucije i učinila ih ozbiljno razmišljati o prisutnosti racionalnog Stvoritelja u Svemiru. Zašto?

Jer po defaultu u zatvorenom sustavuentropija se uvijek povećava. Dakle, kaos se pogoršava. Može se samo smanjiti vanjskim nadopunjavanjem energije. I svakodnevno promatramo taj zakon. Ako ne brinete za vrt, kuću, auto, itd., Onda će jednostavno postati bezvrijedno.

U megalama, naš je svemir također zatvoren.sustav. I znanstvenici su došli do zaključka da bi naše postojanje trebalo ukazivati ​​na to da se negdje izvodi ovo vanjsko nadopunjavanje energije. Stoga, ne čudi da astrofizičari vjeruju u Boga.

Strelica vremena

Još jedna vrlo ingenious ilustracija entropije može se predstaviti kao strelica vremena. To jest, entropija pokazuje u kojem smjeru proces će se kretati u fizičkim terminima.

Doista, malo je vjerojatno nakon saznanja o otkazu.vrtlar, očekujete da će područje za koje je bio odgovoran, biti precizniji i dobro njegovan. Upravo suprotno - ako ne zaposli drugog radnika, nakon nekog vremena čak će i najljepši vrt zanemariti.

Entropija u kemiji

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

Tko nije vidio okvire iz igranih filmova, ukoji su heroji vrlo pažljivo nosili kontejnere s nitroglicerinom, zbog straha da bi izazvao eksploziju s neupadljivim iznenadnim pokretom? Bila je vizualna pomoć načelu učinka entropije u kemikaliju. Ako je njezin rezultat dostigao kritičnu razinu, tada će početi reakcija, kao rezultat toga dolazi do eksplozije.

Poredak poretka

Najčešće se tvrdi da je entropijapotjeru kaosa. Općenito, riječ "entropija" znači okretanje ili okretanje. Već smo rekli da to karakterizira akciju. U tom je kontekstu vrlo zanimljiva entropija plina. Pokušajmo zamisliti kako se to događa.

Uzimamo zatvoreni sustav koji se sastoji od dvaspojenih spremnika, od kojih je svaki plin. Tlak u spremnicima, sve dok nisu bili čvrsto povezani, bio je drukčiji. Zamislite što se dogodilo na molekularnoj razini kada su bili povezani.

Mnoštvo molekula pod jačinompritisak, odmah potrčao svojoj braći, koji su prije toga živjeli prilično slobodno. Time su tamo podigli pritisak. To se može usporediti s načinom prskanja vode u kupaonici. Iskrcaj se s jedne strane, odmah se žuri na drugu. Tako su naše molekule. A u našem sustavu, koji je idealno izoliran od vanjskog utjecaja, oni će biti gurnuti dok se ne postigne savršena ravnoteža u cijelom volumenu. A sada, kada će biti jednako toliko prostora oko svake molekule kao i susjedni, sve će se smiriti. I to će biti najveća entropija u kemiji. Zaustaviti će se okretaji i okretaji.

Standardna entropija

Znanstvenici ne pokušavaju pojednostaviti iklasificiraju čak i nered. Budući da vrijednost entropije ovisi o skupu srodnih uvjeta, uveden je pojam "standardne entropije". Vrijednosti tih standarda sažete su u posebnim tablicama tako da možete jednostavno izvesti izračune i riješiti različite primijenjene probleme.

Prema zadanim se postavkama vrijednosti standardne entropije uzimaju u obzir pod pritiskom jedne atmosfere i temperaturama od 25 stupnjeva Celzijusa. Uz povećanje temperature, ovaj pokazatelj se također povećava.

Kodovi i kodovi

Tu je i informativna entropija. Namijenjen je za šifriranje šifriranih poruka. Za informacije, entropija je vjerojatna vrijednost predvidljivosti informacija. A ako je na vrlo jednostavan način, to je lako kako će se slomiti presretan šifra.

Kako to radi? Na prvi pogled, čini se da je bez barem nekih osnovnih podataka nemoguće razumjeti kodiranu poruku. Ali ovo nije sasvim točno. Ovdje dolazi vjerojatnost slučaja.

Zamislite stranicu sa šifriranom porukom. Znaš da je ruski bio korišten, ali likovi su potpuno nepoznati. Gdje početi? Razmotrite: koja je vjerojatnost da će se na ovoj stranici pojaviti slovo "ъ"? I priliku da se spotaknu na slovo "o"? Razumijete sustav. Najčešće se susreću likovi (i najčešće - to je također važan pokazatelj) i uspoređeni s osobitostima jezika u kojem je poruka sastavljena.

Osim toga, često su, au nekimajezika i kombinacija stalnih slova. Ovo znanje se također koristi za dekodiranje. Usput, ovu metodu koristio je poznati Sherlock Holmes u priči "Plesni mali ljudi". Na isti način hakirao je kodove uoči Drugog svjetskog rata.

A informativna entropija je dizajnirana za povećanje pouzdanosti kodiranja. Zahvaljujući izvedenim formulama, matematika može analizirati i poboljšati opcije koje nude operatori šifriranja.

Veza s tamnom tvari

Teorije koje samo čekajuPotvrda, velika većina. Jedan od njih povezuje fenomen entropije s relativno nedavno otkrivenom tamnom tvari. Kaže da je izgubljena energija jednostavno pretvorena u tamu. Astronomi pretpostavljaju da u našem svemiru samo 4 posto pada na ono što nam je poznato. A preostalih 96 posto trenutno zauzima neistraženo - tamno.

Ovo je ime dobio zbog činjenice da neinterakciju s elektromagnetskim zračenjem i ne emitira ga (kao i sve predmete u svemiru koji su do sada bili poznati). Stoga u ovoj fazi razvoja znanosti nije moguće proučavanje tamne materije i njegovih svojstava.