Ентропията е ... Концепцията за ентропията. Стандартна ентропия

Ентропията е дума, която мнозина чуват, но малко хора разбират. И трябва да признаем, че наистина е трудно да се разбере напълно същността на това явление. Това обаче не трябва да ни плаши. Голяма част от това, което ни заобикаля, всъщност можем да обясним само повърхностно. И ние не говорим за възприятието или знанието на някой конкретен човек. Не, не е така. Говорим за цялостното научно познание, което човечеството има.

Сериозни пропуски съществуват не само в познаването на галактическите измерения, например по въпросите на черни дупки и червеи, но и в това, което ни заобикаля през цялото време. Например, все още има спорове за физическото естество на светлината. И кой може да изложи понятието за време? Има много подобни въпроси. Но в тази статия ще обсъдим ентропията. В продължение на много години учените се борят с концепцията за "ентропия". Химия и физика вървят ръка за ръка в изучаването на това мистериозен феномен. Ще се опитаме да разберем какво стана известно досега.

Въвеждане на концепцията в научната общност

За пръв път идеята за ентропията в средата на специалистите беше въведена от изявения немски математик Рудолф Юлиус Емануел Клаузий. Просто казано, ученият реши да разбере къде отива енергията. В какъв смисъл? За илюстрация, нека не се обърнем към многобройните експерименти и сложните изводи на математика, но вземем пример, по-познат ни в ежедневието.

Трябва да сте абсолютно наясно, че когато зареждате, да речем, батерията на мобилния телефон, количеството енергия, натрупано в батериите, ще бъде по-малко от това, което действително сте получили от мрежата. Има известни загуби. И в ежедневието сме свикнали с това. Но факт е, че подобни загуби възникват в други затворени системи. А за физиците - математиците това вече представлява сериозен проблем. Рудолф Клаузий проучи този въпрос.

В резултат на това той извлече най-любопитния факт. Ако отново премахнем сложната терминология, ще намалим факта, че ентропията е разликата между идеалния и реалния процес.

Представете си, че притежавате магазин. И вие се намирате в реализация на 100 килограма грейпфрут на цена от 10 тюрки на килограм. Прилагайки надбавка от 2 тюрки на килограм, в резултат на продажбата ще получите 1200 тюрки, дайте договорената сума на доставчика и оставяйте печалба от двеста тогрика.

И така, това беше описание на идеалния процес. И всеки търговец знае, че докато всички грейпфрути се продадат, те ще могат да се свият с 15%. И 20 процента ще се гнусят напълно и те просто ще бъдат отписани. Но това е истински процес.

Така че концепцията за ентропията, въведена в математическата среда от Рудолф Клаузий, се дефинира като взаимовръзката на система, в която увеличаването на ентропията зависи от съотношението на температурата на системата към стойността на абсолютната нула. Всъщност тя показва стойността на загубената енергия.

Индикатор за мярката на хаоса

Все пак е възможно с малко доверие да се твърди, че ентропията е мярка за хаос. Това означава, че ако се вземе като модел на затворени системи са обикновено студент стая не се почиства в униформи на място ще трябва да се характеризират някои ентропия. Но нейното значение в тази ситуация ще бъде малко. Но ако в допълнение към разпръсне играчки, донесе пуканки от кухнята (разбира се, малко щети) и да оставите каша на масата всички учебници, ентропията на системата (и в този конкретен случай - стаята) ще се повиши рязко.

Комплексна материя

Ентропията на материята е много сложен процес за описване. Много учени през изминалия век са допринесли за изучаването на механизма на своята работа. А концепцията за ентропията се използва не само от математиката и физиката. Той също така заема заслужено място в химията. И някои занаятчии с помощта му обясняват дори психологически процеси в отношенията между хората. Нека проследим разликата в формулировките на трите физици. Всеки от тях разкрива ентропията от другата страна и тяхната съвкупност ще ни помогне да изготвим по-цялостна картина за себе си.

Изявлението на Клаузий

Процесът на пренос на топлина от тяло с по-ниска температура към тяло с по-висока температура е невъзможно.

Не е трудно да се провери този постулат. Никога не можеш, със студените си ръце, да затоплиш, да речеш, едно замразено малко кученце, колкото и да искаш да му помогнеш. Следователно, трябва да го поставите в пазвата си, където температурата е по-висока от тази в момента.

Изявлението на Томсън

Процесът е невъзможен, резултатът от който е работата на труда за сметка на топлината, взета от едно отделно тяло.

И ако това е много просто, това означава, че физически е невъзможно да се изгради вечна машина за движение. Ентропията на затворена система няма да позволи.

Изявлението на Болцман

Ентропията не може да се понижи в затворените системи, т.е. при тези, които не получават външно захранване с енергия.

Тази формулировка разтърси вярата на много преданоотдадени от теорията на еволюцията и ги накара сериозно да мислят за съществуването на Вселената на един разумен Създател. Защо?

Защото по подразбиране в затворената система ентропията винаги се увеличава. Така че, хаосът се влошава. Тя може да бъде намалена само чрез външно енергоснабдяване. И този закон наблюдаваме всеки ден. Ако не се грижите за градината, къщата, колата и т.н., те просто ще станат безполезни.

В мегастазите нашата вселена е и затворена система. Учените стигнаха до извода, че нашето съществуване трябва да свидетелства, че от някъде тази външна енергия е енергизирана. Затова днес никой не се изненадва, че астрофизиците вярват в Бога.

Стрелата на времето

Друга много интелигентна илюстрация на ентропията може да бъде представена под формата на стрелка на времето. Тоест, ентропията показва, в коя посока процесът ще се движи физически.

Наистина, малко вероятно е да научите за уволнението на градинаря, ще очаквате, че територията, за която той отговаря, ще стане по-точен и добре поддържан. Напротив - ако не наемете друг служител, след известно време дори най-красивата градина ще дойде в запустение.

Ентропията в химия

В дисциплината "Химия" ентропията е важен показател. В някои случаи неговата важност влияе върху хода на химическите реакции.

Кой не е виждал рамки от игрални филми, в които героите много внимателно прехвърлят контейнери с нитроглицерин, страхувайки се да провокира експлозия с непредпазливо рязко движение? Това е визуална помощ за принципа на действието на ентропията в химическото вещество. Ако неговият индикатор достигне критично ниво, тогава започва реакцията, в резултат на която възниква експлозия.

Ред на безредие

Най-често се твърди, че ентропията е желанието за хаос. По принцип думата "ентропия" означава трансформация или ротация. Вече казахме, че тя характеризира действието. Много интересен в този контекст е ентропията на газа. Нека се опитаме да си представим как се случва това.

Вземаме затворена система, състояща се от два свързани резервоара, всеки от които съдържа газ. Налягането в контейнерите, докато не бяха плътно свързани помежду си, беше различно. Представете си какво се е случило на молекулярно ниво, когато са били свързани.

Тълпата от молекули, която беше подложена на по-силен натиск, веднага се втурна към братята си, които преди това бяха относително свободни. По този начин те увеличават натиска там. Това може да бъде сравнено с това как водата в банята се пръска. Тръгвайки от едната страна, тя незабавно се втурва към другата. Също така са нашите молекули. И в нашата идеално изолирана система от външно влияние те ще бъдат тласкани, докато не се постигне безупречно равновесие в целия обем. И сега, когато има точно едно и също пространство около всяка молекула като съседната, всичко ще се успокои. И това ще бъде най-високата ентропия в химията. Завоите и трансформациите ще спрат.

Стандартна ентропия

Учените не се отказват от опитите да организират и класифицират дори разстройство. Тъй като стойността на ентропията зависи от множеството съпътстващи условия, е въведена концепцията за "стандартна ентропия". значение от тези стандарти са обобщени в специални таблици, така че е възможно лесно да се правят изчисления и да се решават различни приложни проблеми.

По подразбиране стойностите на стандартната ентропия се разглеждат при условия на налягане в една атмосфера и температура от 25 градуса по Целзий. Когато температурата се покачи, този индикатор също се увеличава.

Кодове и цифри

Има и информационна ентропия. Тя е предназначена да ви помогне да шифровате кодирани съобщения. По отношение на информацията, ентропията е стойността на вероятността за предсказуемост на информацията. И ако на много прост език, тогава това е колко лесно ще бъде да се пукне прихванатият шифър.

Как действа? На пръв поглед изглежда, че дори и без някои основни данни човек не може да разбере кодираното съобщение. Но това не е съвсем вярно. Тук вероятността влезе в действие.

Представете си страница с кодирано съобщение. Знаеш, че руският език е използван, но героите са абсолютно непознати. Къде да започнем? Помислете: каква е вероятността на тази страница да се срещне буквата "ъ"? И възможността да се спънат на буквата "о"? Системата, която разбирате. Символите, които се срещат най-често (и най-често - това е важен показател), се изчисляват и сравняват с особеностите на езика, на който е съставено посланието.

Освен това има чести и на някои езици неизменни букви. Това знание се използва и за дешифриране. Между другото, това е методът, използван от известния Шерлок Холмс в историята "Dancing Men". Кодовете бяха пробити по същия начин в навечерието на Втората световна война.

Информационната ентропия е предназначена да увеличи надеждността на кодирането. Благодарение на извлечените формули, математиците могат да анализират и подобрят вариантите, предлагани от цифрите.

Връзка с тъмната материя

Теории, които все още чакат за потвърждение, много. Един от тях свързва феномена на ентропията с относително наскоро открития тъмната материя. Тя казва, че загубената енергия просто се трансформира в тъмна. Астрономите признават, че в нашата Вселена само 4 процента попадат в знанието, което ни е известно. А останалите 96 процента не са проучени в момента - тъмни.

Това име е получено, защото не взаимодейства с електромагнитно излъчване и не го излъчва (както всички известни обекти във Вселената преди това време). Ето защо на този етап от развитието на науката изследването на тъмната материя и нейните свойства не е възможно.