الانتروبي هو قياس

الفوضى في النظام .

ما هي الانتروبي

الانتروبي هي مقياس الخلل الوظيفي في النظام، وهي خاصية واسعة النطاق في النظام الحراري الديناميكي، وهذا يعني أن قيمتها تختلف اعتمادًا على كمية المادة الموجودة، يتم تمثيل الانتروبي عادة بالحرف S في المعادلات ويتم قياسه بالجول لكل كلفن (JK1) أو kgm2s2K1، ويعتبر الانتروبي مصطلحًا رئيسيًا في الفيزياء والكيمياء، ويمكن أيضًا تطبيقه في مجالات أخرى مثل علم الكون والاقتصاد، إنه جانب من جوانب الديناميكا الحرارية في الفيزياء، كما إنها فكرة أساسية في الكيمياء الفيزيائية.

بصرف

النظر

عن الوصف العام، هناك عدد من المعاني الأخرى المتاحة لهذا الموضوع، نحن لا نأخذ في الاعتبار الخصائص الدقيقة للنظام أثناء النظر إلى الإنتروبيا من وجهة نظر الديناميكا الحرارية، من ناحية أخرى ، يتم استخدام الانتروبيا لتوصيف سلوك النظام من حيث المعلمات الديناميكية الحرارية مثل درجة الحرارة والضغط والانتروبيا والسعة الحرارية، تم أخذ حالة توازن الأنظمة في الاعتبار في هذا الوصف الديناميكي الحراري.

وفي

الوقت

نفسه، ركز تعريف إحصائي لاحق على الخصائص الديناميكية الحرارية للنظام، والتي تم وصفها من حيث إحصائيات الحركات الجزيئية للنظام، إن إنتروبيا الجزيء هي مقياس لعدم تنظيمها.

التفسيرات الشائعة الاخرى للانتروبي

عندما يتعلق الأمر بالفيزياء الإحصائية الكمومية، استخدم فون نيومان مصفوفة الكثافة لتوسيع مفهوم الإنتروبي إلى عالم الكم.
إنه مقياس لكفاءة النظام في إرسال إشارة أو فقدان المعلومات في إشارة مرسلة عند مناقشة نظرية المعلومات.
عندما يتعلق الأمر بالأنظمة الديناميكية، فإن الإنتروبي هي مقياس التعقيد المتزايد للنظام؟، كما تحسب أيضًا متوسط تدفق المعلومات لكل وحدة زمنية.
يُعرَّف الانتروبي على أنه التدهور الاجتماعي أو الانحلال الطبيعي للبنية (مثل القانون والتنظيم والاتفاقية) في النظام الاجتماعي، وفقًا لعلم الاجتماع.
الانتروبي مصطلح يستخدم في علم الكونيات لوصف ميل الكون المفترض للوصول إلى أقصى حالة انتظام، يحدد أن المادة تبقى في درجة حرارة ثابتة.

على أي حال، يُستخدم مصطلح الإنتروبي الآن في مجموعة متنوعة من المجالات بخلاف الفيزياء والرياضيات، ويجب أن نستنتج أنه فقد طبيعته الكمية الصارمة.

خصائص الانتروبي

إنها إحدى وظائف الديناميكا الحرارية.
إنها وظيفة الدولة، بعد كل شيء، يتم تحديده من خلال حالة النظام بدلاً من المسار المتبع.
يُشار إليه بالحرف S، على الرغم من أنه في الحالة القياسية، يُشار إليه بالحرف S °.
J / Kmol هي وحدة SI الخاصة بها.
Cal / Kmol هي وحدة CGS.
تعتبر Entropy خاصية قابلة للتطوير ، مما يعني أنها تنمو بما يتناسب مع حجم أو نطاق النظام.

لاحظ أنه في النظام المعزول، كلما زاد الاضطراب، زادت الانتروبي،حيث يزداد عندما تتحلل المواد المتفاعلة إلى المزيد من المنتجات أثناء العمليات الكيميائية، والنظام الذي لا يمكن التنبؤ به بدرجة حرارة أعلى من النظام ذي درجة الحرارة المنخفضة. [1]

تطبيقات الانتروبي في النظم الحرارية

تعتبر قوانين الديناميكا الحرارية من أهم تطبيقات الانتروبي في النظم الحرارية كالاتي:

القانون الأول للديناميكا الحرارية

يؤكد أنه نظرًا لأن الحرارة هي نوع من الطاقة، فإن العمليات الديناميكية الحرارية تخضع لمبدأ الحفاظ على الطاقة، لا يمكن إنشاء أو تدمير الطاقة الحرارية بهذه الطريقة، ومع ذلك، قد يتم نقلها من مكان إلى آخر وتغييرها من وإلى أشكال أخرى من الطاقة كالاتي؛

عندما تصبح المادة الصلبة سائلة، والسائل يصبح غازًا، تزداد الإنتروبي.
عندما يتجاوز عدد

مولات

المنتجات الغازية عدد المواد المتفاعلة، يرتفع الإنتروبي.

وهناك بعض الأشياء حول الإنتروبي التي تتحدى التوقعات كالاتي؛

البيضة غير المسلوقة تحتوي على إنتروبيا أكثر من البيضة المسلوقة، ذلك لأن البنية الثانوية للبروتين قد تم تشويهها (الألبومين)، حيث يتحول التركيب الحلزوني للبروتين إلى شكل ملفوف عشوائي.

القانون الثاني للديناميكا الحرارية

يحتوي القانون الثاني للديناميكا الحرارية على عدة تعريفات تستند إلى مفاهيم الانتروبي والعفوية؛

من الناحية الديناميكية الحرارية، كل الأحداث العفوية التي تحدث بشكل

طبيعي

لا رجعة فيها.
من الناحية الديناميكية الحرارية، لا يمكن الانتقال الكامل للحرارة إلى العمل دون إهدار قدر معين من الطاقة.

إن إنتروبي الكون تتوسع دائمًا.
التغيير في الكون الكلي يكون دائمًا إيجابيًا، ويكون إنتروبي النظام بالإضافة إلى إنتروبيا محيطه أكبر من الصفر.

∆S
_total
=∆S
_surroundings
+∆S
_system
>0

القانون الثالث للديناميكا الحرارية

عندما تقترب درجة الحرارة من الصفر المطلق، تقترب إنتروبيا أي مادة بلورية من الصفر، ذلك لأن البلورة عند الصفر المطلق لها ترتيب كامل، وحقيقة أن العديد من المواد لا تحتوي على إنتروبيا صفرية عند الصفر المطلق هي تقييد لهذه المعادلة، كصلبة زجاجية، وصلبة تحتوي على مزيج من النظائر.

تطبيق على الانتروبي من حياتنا اليومية

كما ذكرنا، عندما ترتفع الإنتروبيا، تقل إمكانية تحويل بعض الحرارة إلى عمل، وأبسط مثال على ذلك: عندما يتم خلط

الماء

الساخن والبارد، على سبيل المثال، تزداد الإنتروبيا، بعد ذلك يتم تسخين الماء بحيث لا يمكن تقسيم النتائج إلى طبقة ساخنة وباردة، على الرغم من عدم فقد الطاقة، إلا أن بعضها لم يعد متاحًا للتحويل إلى عمل، نتيجة لذلك، مع ارتفاع الإنتروبيا، تتدهور الطاقة من مستوى أعلى حيث يمكن استخراج المزيد من العمل إلى مستوى أدنى حيث يمكن القيام بعمل مفيد أقل أو معدوم، بطريقة ما، تتدهور الطاقة، وتنتقل من حالة أكثر تنظيماً إلى حالة أقل تنظيماً، مما يؤدي في النهاية إلى طاقة حرارية.

الانتروبي والموت الحراري للكون

وفقًا لبعض العلماء، سترتفع إنتروبيا الكون إلى درجة تجعل عدم القدرة على التنبؤ النظام غير قادر على العمل البناء، يعتبر الكون قد مات من الموت الحراري عندما تبقى الطاقة الحرارية فقط.

من ناحية أخرى، يشك علماء آخرون في نظرية الموت الحراري، حيث يجادل البعض بأن الكون ككل يتحرك بعيدًا عن الإنتروبي، حتى أثناء زيادة الإنتروبي داخله، ويرى آخرون الكون كعنصر من مكونات نظام أكبر، كما يجادل آخرون بأنه نظرًا لأن الحالات المحتملة ليس لها احتمالية متساوية، فإن معادلات الانتروبي القياسية غير صالحة.

أمثلة على الانتروبي

الانتروبي وذوبان الجليد

عندما تذوب كتلة من الجليد، يزداد الإنتروبي، من الواضح أن نرى كيف تتزايد فوضى النظام، حيث يتكون الجليد من جزيئات الماء التي ترتبط ببعضها البعض في شبكة بلورية، عندما يذوب الجليد، تكتسب الجزيئات الطاقة، وتنتشر أكثر، وتفقد البنية، مما ينتج عنه سائل، وبالمثل، فإن التحول من سائل إلى غاز، مثل الماء إلى بخار، يزيد من طاقة النظام.

من ناحية أخرى، يمكن استنفاد الطاقة، يحدث هذا عندما يتحول البخار إلى ماء أو عندما يتحول الماء إلى جليد، لأن المادة ليست في نظام مغلق، فإن القانون الثاني للديناميكا الحرارية لم يتم كسره، في حين أن إنتروبيا النظام قيد التحقيق وقد تتناقص، فإن إنتروبيا

البيئة

آخذة في الازدياد.

الانتروبي والوقت

نظرًا لأن المادة في الأنظمة المعزولة تميل إلى التحول من النظام إلى الفوضى، يُشار أحيانًا إلى الانتروبيا باسم سهم الزمن.[2]