Ентропія

Відео: Чому ентропія не виключає складність? (3/5)

ентропія S - в термодинаміці міра енергії в термодинамічній системі, яка не може бути використана для виконання роботи. Вона також є мірою безладдя, присутнього в системі.
Поняття ентропії було вперше введено в 1865 році Рудольфом Клаузиусом. Він визначив зміна ентропії термодинамічної системи при оборотному процесі як відношення загальної кількості теплоти ?Q, отриманого або втраченої системою, до величини абсолютної температури T:



Рудольф Клаузіус дав величині S ім`я «Ентропія», утворивши його від грецького слова ??o ??, «Зміна» (зміна, перетворення).
Рівність відноситься саме до зміни ентропії. У термодинаміки ентропія визначається лише з точністю до постійної.
Зв`язок між теплоємністю і ентропією дається формулою





У 1877 році, Людвіг Больцман зрозумів зв`язок між ентропією системи і кількістю можливих «мікростану» (мікроскопічних станів), якими може реалізуватися макроскопічний стан із заданими властивостями. Розглянемо, наприклад, ідеальний газ в посудині. Мікростану визначено як положення і імпульси кожного атома, з яких складається система. Брати до уваги тільки ті мікростану, для яких: (i) розташування всіх часток не виходить за межі судини, (ii) загальна енергія газу визначається як сума кінетичних енергій атомів, дорівнює певній величині. Больцман постулював що



де константа k B = 1,38 · 10 -23 Дж / К відома тепер як постійна Больцмана, а? є числом мікроскопічних станів, можливих в заданому макроскопічному стані. Цей постулат, відомий як принцип Больцмана, може розцінюватися, як початок статистичної механіки, яка описує термодинамічні системи використовуючи статистичну поведінку компонентів, з яких вони складаються. Принцип Больцмана пов`язує мікроскопічні властивості системи (?) З одним з її термодинамічних властивостей (S).
Згідно з визначенням Больцмана, ентропія є функцією стану. Більш того, оскільки (?) Може бути тільки натуральним числом (1,2,3), ентропія повинна бути позитивною - виходячи з властивостей логарифма.
У разі дискретних станів квантової механіки підрахунок кількості станів не викликає проблем і проводиться звичайним чином. Складніше підрахувати кількість станів в рамках класичної механіки, в рамках якої мікроскопічний стан системи описується координатами q i і імпульсами p i окремих частинок, що пробігають безперервні значення. Для підрахунку станів в класичних системах фазовий простір розбивають на невеликі осередки з об`ємом, який відповідає зведеної сталої Планка. В такому випадку



,

де s - число незалежних координат, - Зведена постійна Планка, а інтегрування проводиться по області фазового простору, яке відповідає певному макроскопічному стану.
Ентропія є екстенсивної величиною (залежить від маси і об`єму системи), тому сумарна ентропія двох систем

S = S 1 + S 2

Ентропія є функцією стану системи, її зміна не залежить від способу переходу з кінцевого стану в початкове:? S = S f - S i. У самочинних поцесів, що протікають в ізольованій системі, ентропія зростає (? Sgt; 0), а в оборотних рівноважних - вона незмінна (? S = 0).
Ізоентропійність - незмінність ентропіі- ізоентропійні п р про ц е с і - зміна стану фізичної системи, коли не змінюється її ентропія.
Експериментальні дослідження австралійців в галузі статистичної фізики (Australian National University) привели до встановлення флуктуаційної теореми, яка формулюється наступним чином - протягом певного періоду часу ентропія в системі може зменшуватися [1]. Це викликало широкий резонанс в пресі в 2002 р В результаті в 2003 р відбулася конференція присвячена ентропії, яка константували, що зменшення ентропії в системах розміром нанометр, тобто кілька молекул, не дозволяє створити вічний двигун, а лише доповнює 2 Закон термодинаміки для мікросистем .

Увага, тільки СЬОГОДНІ!