От порядка к беспорядку

Физика > От порядка к беспорядку

 

Беспорядок в системе и энтропия. Узнайте, что такое энтропия, изменение, значение и состояние энтропии, примеры с водой и льдом, мера беспорядка в системе.

Энтропия – мера беспорядка, поэтому с повышением энтропии вырастит и беспорядок.

Задача обучения

• Рассмотреть энтропию и беспорядок в системе.

Основные пункты

• Смешивание двух систем способно понизить энтропию у одной, но увеличить у другой.
• Если смешать воду двух разных температур, то энергия в системе, которую можно было использовать для запуска теплового двигателя, теперь недоступна. Тем более, что система стала менее структурированной.
• Энтропия, беспорядок и недоступность энергии – эквиваленты.

Термины

• Беспорядок – отсутствие симметрии или корреляции в системе.
• Энтропия – мера распределения равномерной энергии.

Энтропия – мера беспорядка. Впервые это понятие выдвинул Людвиг Больцман в 1800-х гг. К примеру, плавление льда – превращение высокоструктурированной и упорядоченной системы молекул воды в лишенную порядка жидкость, где молекулы не обладают фиксированными позициями. В процессе увеличивается энтропия.

Когда лед тает, он становится более беспорядочным и теряет структуру. Если ранее молекулы располагались систематически, то сейчас это ближе к случайности, движения менее упорядочены, а молекулы лишены фиксированных позиций. Энтропия растет, потому что осуществляется теплопередача

Пример

Допустим, нам нужно смешать две емкости воды с температурами 20°C и 40°C. В результате получается промежуточная температура – 30°C.

Можно рассчитывать на три результата:

• увеличение энтропии.
• определенная часть энергии стала недоступной для работы.
• система стала менее упорядоченной.

Энтропия, энергия и беспорядок

Что мы имеем? При смешивании двух объемов воды получаем тот же эффект, что и при переносе тепла от горячего в холодный. Смешивание уменьшает показатели энтропии горячей воды, но увеличивает у прохладной. В итоге, общий показатель энтропии все равно растет.

Когда смешиваются две массы воды, возникает единая температура и вы не можете запустить тепловой двигатель. Теперь энергия просто становится недоступной.

Полученная смесь лишена порядка и структуры. Если раньше это были две массы с разными температурами и молекулярными скоростями, то сейчас – одна масса с единой температурой.

Эти три результата выступают эквивалентными.

---