Entropie je ... Koncept entropie. Standardní entropie

Entropie je slovo, které mnozí slyšeli, ale jen málo lidí to rozumí. Musíme přiznat, že je opravdu obtížné plně pochopit podstatu tohoto jevu. Nicméně to by nás nemělo děsit. Většina toho, co nás obklopuje, můžeme ve skutečnosti vysvětlit pouze povrchně. A nehovoříme o vnímání nebo znalosti konkrétního jednotlivce. Ne, to není. Mluvíme o celkovém vědeckém poznání, které má lidstvo.

Závažné mezery existují nejen v poznání galaktických rozměrů, například v otázkách černé díry a červí díry, ale také v tom, co nás obklopuje po celou dobu. Například stále existují spory o fyzické povaze světla. A kdo může formulovat pojem času? Existuje mnoho podobných otázek. Ale v tomto článku budeme diskutovat o entropii. Po mnoho let vědci bojují proti pojmu "entropie". Chemie a fyzika jde ruku v ruce při studiu tohoto tajemný jev. Budeme se snažit zjistit, co se stalo již známo.

Zavádění konceptu ve vědecké komunitě

Poprvé pojem entropie v prostředí specialistů představil významný německý matematik Rudolf Julius Emmanuel Clausius. Jednoduše řečeno, vědce se rozhodl zjistit, kam energie jde. V jakém smyslu? Pro ilustraci se nesmíme obrátit na četné pokusy a složité závěry matematika, ale vzít si příklad, který je více známý v každodenním životě.

Měli byste si být zcela dobře vědomi toho, že když nabíjete baterii mobilního telefonu, množství energie, které se akumuluje v bateriích, bude menší než to, co jste skutečně dostali ze sítě. Existují jisté ztráty. A v každodenním životě jsme na to zvyklí. Ale skutečnost spočívá v tom, že podobné ztráty nastávají v jiných uzavřených systémech. A pro fyziků - matematiků to již představuje vážný problém. Rudolph Clausius tuto otázku studoval.

V důsledku toho odvodil nejvíce zvláštní věc. Pokud opět odstraníme komplexní terminologii, snížíme skutečnost, že entropie je rozdíl mezi ideálním a skutečným procesem.

Představte si, že vlastníte obchod. A máte pro realizaci 100 kilogramů nákladů grapefruitu 10 MNT za kg. Uvedení známku 2 Tug na liber, dostanete z prodeje 1200 MNT dá předpokládal částku na dodavatele a nechat ze sebe zisk ve výši dvě stě MNT.

Takže to byl popis ideálního procesu. A každý obchodník ví, že v době prodeje všech grapefruitů se budou moci snížit o 15 procent. A 20 procent bude úplně hnité a budou prostě odepsány. Ale je to skutečný proces.

Takže pojem entropie, který zavedl v matematickém prostředí, Rudolf Clausius, je definována jako vztah k systému, ve kterém entropie nárůst závisí na teplotě systému vzhledem k hodnotě absolutní nuly. Ve skutečnosti ukazuje hodnotu ztrátové (ztracené) energie.

Ukazatel míry chaosu

Přesto je s jistou jistotou možné tvrdit, že entropie je měřítkem chaosu. To znamená, že vezmeme-li jako model uzavřených systémů jsou typicky studentský pokoj není čištěno na místě uniformách budou muset charakterizovat nějakou entropii. Jeho význam v této situaci však bude malý. Ale pokud navíc rozptýlit hračky, přinese popcorn z kuchyně (samozřejmě trochu škody) a zanechat nepořádek na stole všechny učebnice, entropie systému (a v tomto konkrétním případě - na pokoji) se výrazně zvýší.

Komplexní záležitost

Entropie hmoty je velmi komplexní proces popisu. Mnoho vědců během minulého století přispělo ke studiu mechanismu své práce. A koncept entropie se používá nejen matematikou a fyzikou. To také zaujímá zasloužené místo v chemii. A někteří řemeslníci s jeho pomocí vysvětlují dokonce psychologické procesy ve vztazích mezi lidmi. Vymezme rozdíl ve formulacích tří fyziků. Každý z nich odhalí entropii z druhé strany a jejich celistvost nám pomůže vytvořit si více holistický obraz pro sebe.

Clausův prohlášení

Proces přenosu tepla z těla s nižší teplotou do těla s vyšší teplotou je nemožný.

Není to těžké ověřit tento postulát. Nikdy nemůžete, s chladnými rukama, teplé, řekněme, zmrazené malé štěně, bez ohledu na to, jak moc mu chcete pomoci. Proto ho musíte strčit do lůna, kde je teplota vyšší než v současné době.

Thomsonovo prohlášení

Proces je nemožný, jehož výsledkem by bylo provedení práce na úkor tepla odebraného z jednoho konkrétního těla.

A pokud je to velmi jednoduché, znamená to, že je fyzicky nemožné postavit věčný pohybový stroj. Entropie uzavřeného systému to neumožní.

Boltzmannovo prohlášení

Entropie se nemůže v uzavřených systémech snížit, to znamená v těch, které nedostávají externí zdroj energie.

Tato formulace otřásla vírou mnoha oddaných teorie evoluce a přiměla je vážně přemýšlet o existenci vesmíru rozumného Stvořitele. Proč?

Protože implicitně v uzavřeném systému se entropie stále zvyšuje. Takže chaos se zhoršuje. Může být redukován pouze externím zdrojem energie. A tento zákon dodržujeme každý den. Pokud se nestaráte o zahradu, dům, auto atd., Prostě se stanou bezcennými.

V megastázách je náš vesmír také uzavřeným systémem. A vědci dospěli k závěru, že naše samotná existence musí svědčit o tom, že někde je tato vnější energie energizovaná. Proto nikdo není překvapen, že astrofyziké věří v Boha.

Šipka času

Další velmi geniální ilustrace entropie může být reprezentována ve formě šipky času. To znamená, že entropie ukazuje, kam se proces bude pohybovat fyzicky.

Je pravděpodobné, že se dozvíte o odmítnutí zahradníka, očekáváte, že území, na které odpověděl, bude přesnější a dobře upravené. Naopak - pokud nepřijmete jiného zaměstnance, po nějaké době dokonce i ta nejkrásnější zahrada dojde ke zpustošení.

Entropie v chemii

V oboru "Chemie" je důležitým ukazatelem entropie. V některých případech jeho význam ovlivňuje průběh chemických reakcí.

Kdo neviděl snímky z celovečerních filmů, ve kterých hrdinové velmi opatrně přenesli kontejnery s nitroglycerinem, neboť se báli provokovat výbuch neopatrným ostrým pohybem? Jednalo se o vizuální pomůcku k principu působení entropie v chemické látce. Pokud by jeho indikátor dosáhl kritické úrovně, začala by reakce, v důsledku čehož dojde k výbuchu.

Pořadí poruchy

Nejčastěji tvrdí, že entropie je touha po chaosu. Slovo "entropie" obecně znamená transformaci nebo rotaci. Již jsme říkali, že charakterizuje akci. Velmi zajímavá je v tomto kontextu entropie plynu. Zkusme si představit, jak se to stane.

Vezmeme uzavřený systém sestávající ze dvou připojených nádrží, z nichž každý obsahuje plyn. Tlak v kontejnerech, dokud nebyly těsně spojeny, byl jiný. Představte si, co se stalo na molekulární úrovni, když byly připojeny.

Dav molekul, který byl pod intenzivním tlakem, okamžitě spěchal k bratřím, kteří byli dříve relativně svobodní. Zvyšovaly tak tlak. To lze porovnat s tím, jak se voda v koupelně rozstříhá. Běží na jedné straně a okamžitě vyrazí na druhou stranu. Tak jsou naše molekuly. A v našem ideálně izolovaném systému od vnějšího vlivu budou tlačeny, dokud nedojde k dokonalé rovnováze v celém objemu. A teď, když je kolem každé molekuly stejný prostor jako sousední, všechno se uklidní. A to bude nejvyšší entropie v chemii. Otočení a transformace přestanou.

Standardní entropie

Vědci se nevzdávají pokusů organizovat a klasifikovat dokonce i poruchy. Vzhledem k tomu, že hodnota entropie závisí na souboru podmínek, byla zavedena koncepce "standardní entropie". Hodnoty těchto norem jsou shrnuty ve zvláštních tabulkách, takže je možné snadno provádět výpočty a řešit různé aplikované problémy.

Ve výchozím nastavení jsou hodnoty standardní entropie považovány za podmínek tlaku v jedné atmosféře a při teplotě 25 stupňů Celsia. Když teplota stoupá, tento indikátor se také zvyšuje.

Kódy a šifry

Existuje také informační entropie. Je určen k šifrování kódovaných zpráv. S ohledem na informace je entropií hodnota pravděpodobnosti předvídatelnosti informací. A jestliže ve velmi jednoduchém jazyce, pak je to tak snadné, že bude crack zachycená šifra.

Jak to funguje? Na první pohled se zdá, že i bez základních dat nelze kódovanou zprávu pochopit. Ale to není zcela pravda. Pravděpodobnost zde přichází do hry.

Představte si stránku se zašifrovanou zprávou. Víte, že byl použit ruský jazyk, ale postavy jsou naprosto neznámé. Kde začít? Myslete na to, jaká je pravděpodobnost, že se na této stránce bude scházet písmeno "ъ"? A příležitost k klopýtnutí na písmeno "o"? Systém, kterému rozumíš. Symboly, které se vyskytují nejčastěji (a nejméně často - to je také důležitý ukazatel), jsou vypočítávány a porovnávány se zvláštnostmi jazyka, na němž byla zpráva složena.

Kromě toho jsou časté a v některých jazycích nezměněné písmena. Tato znalost se také používá k dešifrování. Mimochodem, toto je metoda používaná slavným Sherlochem Holmesem v příběhu "Dancing Men". Kodexy byly prasknuty stejným způsobem v předvečer druhé světové války.

A informační entropie je navržena tak, aby zvýšila spolehlivost kódování. Díky odvozeným vzorcům mohou matematici analyzovat a vylepšovat varianty nabízené šifry.

Spojení s temnou hmotou

Teorie, které ještě čekají na jejich potvrzení, je spousta. Jeden z nich se vztahuje k fenoménu entropie k relativně nedávno objevenému tmavá hmota. Říká se, že ztracená energie je prostě transformována do temného. Astronomové přiznávají, že v našem vesmíru připadá na věc, o které víme, pouze 4%. A zbývajících 96 procent není v současné době studováno - tmavé.

Toto jméno bylo přijato, protože nereaguje s elektromagnetickým zářením a nevydává je (jako všechny známé objekty ve vesmíru před tímto časem). Proto v této fázi vývoje vědy není studium temné hmoty a jejích vlastností možné.