Salam, pembaca Giktayms!Banyak yang telah mendengar hal misterius seperti entropi. Biasanya itu disebut ukuran kekacauan, ukuran ketidakpastian, dan mereka menambahkan bahwa itu pasti akan tumbuh. Saya menanggung penggunaan nama Entropy dengan sia-sia dengan rasa sakit yang luar biasa dan akhirnya memutuskan untuk menulis program pendidikan tentang masalah ini.Mulai kedua
Apa yang terjadi jika Anda melempar bola ke tanah? Jelas, dia akan melompat beberapa kali, dan setiap kali ke ketinggian yang lebih kecil, dan kemudian benar-benar beristirahat di tanah. Dan apa yang akan terjadi jika Anda menjatuhkan sendok logam ke dalam teh panas? Sendok akan memanas, teh akan menjadi dingin. Tidak ada yang rumit, bukan? Dalam masing-masing contoh ini, arah prosesnya tampak jelas: bola tidak dapat memantul lebih tinggi dan lebih tinggi dan bahkan tidak bisa memantul selamanya ke ketinggian yang sama, dan teh tidak dapat mendinginkan sendok lebih jauh. Dua postulat (dengan nilai yang sama) disimpulkan dari bukti sehari-hari seperti itu, masing-masing dapat sama-sama disebut hukum kedua termodinamika:- satu - satunyahasil dari setiap kombinasi proses tidak dapat menjadi perpindahan panas dari tubuh yang kurang panas ke tubuh yang lebih hangat (postulat Clausius);- Panas dari badan terdingin yang berpartisipasi dalam proses tidak dapat berfungsi sebagai sumber kerja (postulat Thomson), yaitu satu-satunya hasil dari setiap kombinasi proses tidak dapat menjadi konversi panas menjadi kerja.Tidak heran kedua pernyataan ini disebut postulat, mereka aksiomatik, tidak dapat dibuktikan, mereka hanya dikonfirmasi oleh konsekuensinya dan semua pengalaman manusia.Segalanya tampak jelas: tubuh panas dingin, panas dingin, energi menghilang. Tapi bagaimana dengan puzzle lain? 1 mol hidrogen, nitrogen, dan amonia dicampur pada suhu 500oC dalam reaktor 10 liter dengan adanya katalis:Ke mana reaksi akan berlangsung: pembentukan amonia atau penguraiannya? Mmm ... Sepertinya kita membutuhkan lebih banyak persamaan.Siklus Kakek Carnot
Setiap insinyur sama-sama tahu apakah efisiensi lebih dari siklus Carnot, tidak mungkin untuk dicapai.Siklus ini terdiri dari dua isoterm dan dua adiabat. Efisiensinya sama dengan:di mana Q n dan Q x - jumlah panas yang diterima dari pemanas dan diberikan ke kulkas, masing-masing, T n dan T x - suhu pemanas dan lemari es.Kata tentang siklus, ? , . . : , , , , .. 100%. : ( ), ( ). , , .. , , — . , , , , , .. , ( ), .. . . , , , ( , - , : , , ).
, , ( , ). , .
Dan sekarang mari kita mulai senam mental. Mari kita memiliki dua mesin panas dengan fluida kerja yang berbeda, bekerja pada siklus Carnot. Selain itu, yang pertama bekerja dalam keseimbangan (mis., Setiap saat sistem berada dalam kesetimbangan, tidak ada aliran turbulen dan hal-hal lain yang mengurangi kerja yang berguna dan menghilangkan energi; pekerjaan proses keseimbangan selalu lebih dari pekerjaan yang tidak ada keseimbangan) dan dapat dibalikkan (yaitu proses dapat untuk melihat: untuk melakukan itu dalam arah yang berlawanan sehingga baik dalam sistem dan di lingkungan menjadi seperti itu; contoh dari proses reversibel adalah penyerapan dan emisi foton dari panjang gelombang yang sama oleh elektron, ireversibel - memanaskan tubuh), tetapi tidak ada yang tentang yang kedua tidak diketahui. Mobil pertama bekerja secara terbalikarah yaitu dengan bantuan pekerjaan lingkungan eksternal, ia memindahkan panas dari lemari es ke pemanas, yang kedua berfungsi seperti biasa . Lemari es dan pemanas mesin terhubung, dan pekerjaan yang dilakukan sama dalam modulus:yaitu, pekerjaan yang dilakukan oleh mesin kedua digunakan untuk memindahkan panas dari kulkas ke pemanas terlebih dahulu (ingat bahwa panas yang diterima oleh tubuh adalah positif, panas yang diberikan kepada lingkungan adalah negatif, pekerjaan yang dilakukan oleh tubuh adalah positif, pekerjaan, sempurna di atas tubuh adalah negatif; dalam rumus efisiensi semua tanda sudah diperhitungkan , oleh karena itu panas diambil modulo).Biarkan efisiensi mesin kedua lebih besar daripada efisiensi mesin pertama, kemudian dengan mempertimbangkan (3) kita memiliki:Dengan demikian, selama semua liku-liku dan tikungan petak pemanas menerima panas Q n I -Q n II , dan mengirimkan panas kulkas Q X I -Q x II . Kedua nilai ini lebih besar dari nol, dan total kerja kedua mesin sama dengan nol. Artinya, selain fakta bahwa panas dipindahkan dari lemari es ke pemanas, tidak ada lagi yang terjadi ! Melihat lagi postulat Clausius, seseorang dapat tenang dan mengatakan bahwa ini tidak terjadi.Adalah logis untuk berasumsi bahwa kondisi (4) adalah salah, yang berarti benar:Jika mesin kedua bekerja dalam keseimbangan dan reversibel, maka sistem menjadi simetris, mis. mobil pertama dan kedua dapat dibalik dan tidak ada yang akan berubah. Jelas, tanda sama dengan kasus ini. Dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa efisiensi operasi mesin sesuai dengan siklus Carnot tidak tergantung pada sifat fluida kerja. Jadi, untuk menetapkan formula efisiensi, cukup mempertimbangkan kasus tertentu. Persamaan (1) diperoleh dari solusi untuk gas ideal. Dapat juga disimpulkan bahwa efisiensi (dan juga pekerjaan) dari suatu mesin yang beroperasi secara ireversibel dan non-keseimbangan kurang dari efisiensi suatu mesin yang beroperasi secara reversibel dan kesetimbangan.Dari persamaan (1):atauJumlah aljabar dari rasio proses panas dengan suhu mereka untuk siklus Carnot adalah nol.Setiap proses siklik dapat dibagi menjadi banyak siklus Carnot yang sangat kecil, dan kemudian kondisi sebelumnya akan diubah menjadi:Fungsi yang perubahannya sebagai akibat dari proses siklik sama dengan nol disebut fungsi negara. Nilai mereka tidak tergantung pada jalur proses, tetapi ditentukan hanya oleh kondisi akhir.Fungsi keadaan sistem, perubahan yang selama proses kesetimbangan sama dengan rasio proses panas terhadap suhunya, disebut entropi:(tanda yang sama mengacu pada proses keseimbangan, dan tanda yang lebih besar mengacu pada proses nonequilibrium).Jika sistem terisolasi, yaitu, ia tidak bertukar materi atau energi dengan lingkungan, maka Q = 0 (sistem tidak menukar panas dengan lingkungan), maka:atau entropi sistem terisolasi meningkat dalam proses nonequilibrium dan tetap sama dalam kesetimbangan, atau entropi sistem terisolasi tidak berkurang.Amin Kami telah mencapai formulasi hukum kedua termodinamika!Secara keseluruhan, dari hal di atas, seseorang tidak dapat mengatakan dengan cara apa pun bahwa entropi adalah ukuran dari sesuatu, itu hanyalah sebuah fungsi. Dia selalu tidak diwajibkan untuk tumbuh, tidak ada yang melarang dia untuk membunuh untuk berkurang.Sepanjang jalan, kami memecahkan masalah tahi lalat (ya, saya harus menggulir ke belakang, saya lupa sendiri, lagipula, termodinamika adalah hal yang mengasyikkan!). Untuk memutuskan ke arah mana reaksi akan berjalan, perlu untuk mengisolasi sistem dan menghitung perubahan entropi selama proses: akan menurun - tidak akan pergi ke sana, akan meningkat - akan pergi ke sana, dan masih ada opsi dengan keseimbangan untuk berhenti dan beristirahat.Nah, dengan cerita tentang "entropi selalu tumbuh" semuanya menjadi jelas: seseorang tidak menyelesaikan "sistem terisolasi", tetapi bergegas untuk membawa kebenaran (s) kepada massa. Tapi bagaimana dengan "ukuran kekacauan"? Saya akan menunjukkan kepada Anda pendekatan lain.Ayah kedua
Mari kita lihat statistiknya. Misalkan kita memiliki N bola yang dapat ditempatkan di dua tingkat yang berbeda relatif terhadap tanah, kapasitas tingkat pertama adalah N 1 , yang kedua adalah NN 1 . Berapa banyak cara yang bisa ditempatkan bola ini? Jelas, ini adalah jumlah kombinasi tanpa pengulangan (urutan penempatan di level tidak penting, tetapi setiap bola adalah individu dan dianggap secara terpisah, Anda dapat membayangkannya diberi nomor):Faktanya, kami mencatat jumlah kondisi mikro (lokasi bola spesifik berdasarkan level) yang memungkinkan untuk mencapai macrostate yang sama ( bola N 1 berada di tingkat pertama relatif terhadap tanah, dan bola N 2 di yang kedua). Angka ini disebut probabilitas termodinamika. Ini berbeda dari probabilitas biasa karena mereka lupa untuk membaginya dengan jumlah total keadaan mikro dari semua kemungkinan macrostate, mis. jika kita memvariasikan N 1 dan menambahkan semua W dengan jumlah level dan N. yang konstanMari kita beralih dari huruf ke angka. Misalkan masih ada 2 level, hanya ada 40 bola, levelnya merosot (yaitu, bola tidak peduli di mana mereka berada), dan bola-bola itu bergerak secara acak di antara mereka. Probabilitas termodinamika distribusi "20 di sana dan 20 di sana" adalah 14,0 * 10 10 , dan "19 hingga 21" adalah 13,3 * 10 10 . Artinya, kesempatan untuk melihat dan melihat "20 hingga 20" hanya 1,053 kali lebih besar dari "21 hingga 19", meskipun secara intuitif kita melihat pemisahan menjadi dua lebih mungkin daripada keuntungan. Itulah yang dilakukan oleh si pemberi kehidupan!Tapi menatap dan itu sudah cukup, kembali ke topik pembicaraan. Probabilitas termodinamika juga memungkinkan kita untuk menilai jalur proses: jika kita beralih dari keadaan (macrostate), W yang dapat diabaikan, ke keadaan dengan FWM besarKata tentang persamaan. , – , :
// . ? ! . , , : ( ) , , , , , . , , .
Setelah menemukan koneksi seperti itu, orang pasti dapat menyatakan bahwa dengan meningkatnya entropi probabilitas termodinamika meningkat, yaitu, jumlah opsi di tingkat mikro yang menyadari satu opsi di tingkat makro meningkat. Sejumlah besar opsi untuk implementasi satu negara, beberapa panggilan kekacauan, tapi saya tidak bisa melakukannya sama sekali. Semua "kekacauan" ini tunduk pada hukum dan Acak Besar, yang bukan kekacauan, yaitu Mr. Case. Saya akan menyebut entropi - dari sudut pandang pendekatan probabilistik - ukuran invarian sistem dan saya menyarankan Anda untuk melakukan hal yang sama!Halaman kelima yang ditambahkan dalam kata tersebut memberi tahu saya bahwa ini saatnya untuk mengakhiri, meskipun saya juga ingin mengatakan beberapa kata tentang batasan penerapan entropi, sifatnya, dan kematian termal Semesta. Tapi dulu, dan sekarang saatnya tidur ...Sastra
1. Gerasimov Ya.I. et al. "Kursus Kimia Fisik", Volume 1 - Moskow, dari University of Chemistry, 1964 - 624 hal.