אנטרופיה ... מושג האנטרופיה. אנטרופיה רגילה

אנטרופיה היא מילה שרבים שמעו, אבלמעט מאוד אנשים מבינים. ועלינו להודות כי קשה מאוד להבין את מהות התופעה. עם זאת, זה לא צריך להפחיד אותנו. הרבה ממה שמקיף אותנו, אנחנו, למעשה, ניתן להסביר רק באופן שטחי. ואנחנו לא מדברים על תפיסה או ידע של אדם מסוים. לא, זה לא. אנחנו מדברים על מכלול הידע המדעי שיש לאנושות.

פערים רציניים קיימים לא רק בידעקשקשים גלקטיים, למשל, בשאלות על חורים שחורים וחורי תולעת, אבל גם במה שמקיף אותנו כל הזמן. לדוגמה, יש עדיין סכסוכים על הטבע הפיזי של האור. ומי יכול לפרוש את מושג הזמן? יש הרבה שאלות דומות. אבל במאמר זה נדון באנטרופיה. במשך שנים רבות מדענים נלחמים במושג "אנטרופיה". כימיה ופיסיקה הולכים יד ביד בחקר תופעה מסתורית זו. ננסה לברר מה התפרסם עכשיו.

מבוא של המושג בקהילה המדעית

בפעם הראשונה את הרעיון של האנטרופיה בסביבה של מומחיםהוצג על ידי המתמטיקאי הגרמני הנודע רודולף יוליוס עמנואל קלאוזיוס. במילים פשוטות, החליט המדען לברר היכן האנרגיה הולכת. באיזה מובן? לשם המחשה, בואו לא פונים לניסויים רבים ומסקנות מורכבות של המתמטיקאי, אבל לקחת דוגמה המוכרת לנו יותר בחיי היומיום.

אתה צריך לדעת היטב כי כאשר אתהאתה טוען, למשל, הסוללה של הטלפון הנייד, כמות האנרגיה שנצבר הסוללות יהיה פחות מאשר קיבל בפועל מהרשת. יש הפסדים מסוימים. ובחיי היומיום אנחנו רגילים לזה. אבל העובדה היא כי הפסדים דומים להתרחש במערכות סגורות אחרות. ועל פיסיקאים, מתמטיקאים זה כבר מציג בעיה רצינית. רודולף קלאוזיוס בחן את השאלה הזאת.

כתוצאה מכך, הוא הסיק את העובדה המוזרה ביותר. אם אנחנו, שוב, להסיר את המינוח המורכב, זה יקטין את העובדה כי האנטרופיה היא ההבדל בין אידיאלי לתהליך אמיתי.

תאר לעצמך שאתה בעל חנות. וקיבלתם תחת מימוש של 100 ק"ג אשכוליות במחיר של 10 טוגריקים לקילוגרם. לשים סימן של עד 2 tugriks לקילו, תקבל 1200 tugriks כתוצאה המכירה, לתת את הסכום הסכים לספק ולהשאיר את עצמך רווח של מאתיים tugriks.

אז זה היה תיאור של התהליך האידיאלי. וכל סוחר יודע כי עד כל אשכוליות נמכרים, הם יוכלו להתכווץ ב -15 אחוזים. ו -20% יירקבו לחלוטין, והם פשוט יימחקו. אבל זה תהליך אמיתי.

אז, את הרעיון של אנטרופיה, אשר הציג לתוךהסביבה המתמטית של רודולף קלאוזיוס, מוגדרת כקשירה של מערכת שבה הגידול באנטרופיה תלוי ביחס שבין טמפרטורת המערכת לבין ערך האפס המוחלט. למעשה, זה מראה את הערך של הפסולת (אבוד) אנרגיה.

אינדיקטור למדד הכאוס

ובכל זאת זה אפשרי עם חלק של הרשעהטוען אנטרופיה כי - מידה של תוהו ובוהו. כלומר, אם ניקח כמודל של מערכות סגורות הם בדרך כלל בחדר תלמיד לא נוקה על המדים הנקודים יצטרך לאפיין כמה אנטרופיה. אבל החשיבות שלה במצב הזה היא קטנה. אבל אם בנוסף לפזר צעצועים, להביא פופקורן מהמטבח (כמובן, נזק קטן) ולהשאיר בלגן על השולחן את כל ספרי הלימוד, האנטרופיה של המערכת (ובמקרה הספציפי הזה - את החדר) יעלו בחדות.

חומר מורכב

אנטרופיה של חומר - מורכב מאוד לתיאורתהליך. מדענים רבים במהלך המאה האחרונה תרמו לחקר המנגנון של עבודתה. ואת הרעיון של אנטרופיה משמש לא רק על ידי מתמטיקה ופיזיקה. זה גם לוקח מקום ראוי בכימיה. וכמה בעלי מלאכה בעזרתם מסבירים אפילו תהליכים פסיכולוגיים ביחסים בין אנשים. תן לנו לעקוב אחר ההבדל בניסוחים של שלושת הפיזיקאים. כל אחד מהם חושף את האנטרופיה מהצד השני, ומכלולם יעזור לנו לצייר לעצמנו תמונה הוליסטית יותר.

הצהרתו של קלאוזיוס

תהליך העברת חום מהגוף עם טמפרטורה נמוכה יותר לגוף עם טמפרטורה גבוהה יותר הוא בלתי אפשרי.

לא קשה לאמת את ההנחה הזאת. לעולם אינך יכול, בידיים קרות, להתחמם, למשל, גור קטן וקפוא, לא משנה כמה אתה רוצה לעזור לו. לכן, אתה צריך לדחוף אותו לחזה שלך, שם הטמפרטורה גבוהה יותר מאשר כרגע.

הצהרתו של תומסון

תהליך בלתי אפשרי, שתוצאתו תהיה ביצוע העבודה על חשבון החום שנלקח מגוף אחד.

ואם זה פשוט מאוד, זה אומר כי זה פיזית בלתי אפשרי לבנות מכונת תנועה מתמדת. האנטרופיה של מערכת סגורה לא תאפשר.

הצהרתו של בולצמן

אנטרופיה לא יכולה לרדת במערכות סגורות, כלומר, באלה שאינם מקבלים הזנת אנרגיה חיצונית.

ניסוח זה זעזע את אמונתם של חסידי תורת האבולוציה וגרם להם לחשוב ברצינות על קיומו של היקום של בורא סביר. למה?

כי כברירת מחדל במערכת סגורההאנטרופיה גוברת תמיד. אז, הכאוס הוא החמיר. זה יכול להיות רק מופחת באמצעות אספקת אנרגיה חיצונית. חוק זה אנו מתבוננים בכל יום. אם אתה לא לטפל בגינה, בבית, במכונית, וכו ', הם פשוט יהפכו חסרי ערך.

בקנה מידה גדול, היקום שלנו הוא גם סגורמערכת. והמדענים הגיעו למסקנה כי עצם קיומנו חייב להעיד כי ממקום כלשהו אנרגיה חיצונית זו היא אנרגיה. לכן, היום אף אחד לא מופתע שהאסטרופיסיקאים מאמינים באלוהים.

חץ הזמן

עוד דוגמה מחוכמת מאוד של אנטרופיה יכולה להיות מיוצגת בצורה של חץ של זמן. כלומר, מופעי אנטרופיה, לאיזה כיוון ינוע התהליך פיזית.

ואכן, זה לא סביר, לאחר שנודע על פיטוריןגנן, אתה מצפה כי השטח שבו הוא היה אחראי יהפוך מדויק יותר מטופח. ההפך הוא הנכון - אם לא להעסיק עובד אחר, לאחר זמן מה אפילו הגן היפה ביותר יבואו שממה.

אנטרופיה בכימיה

ב משמעת "כימיה" האנטרופיה היא אינדיקטור חשוב. במקרים מסוימים, חשיבותו משפיעה על מהלך התגובות הכימיות.

מי לא ראה את הסרט מתוך סרטים תכונה, באשר גיבורים העבירו בזהירות רבה את המכולות עם ניטרוגליצרין, מחשש לעורר פיצוץ בתנועה חדה רשלנית? זה היה סיוע חזותי לעקרון פעולת האנטרופיה בחומר כימי. אם האינדיקטור שלו הגיע לרמה קריטית, התגובה תתחיל, וכתוצאה מכך מתרחשת התפוצצות.

סדר של הפרעה

לעתים קרובות טוענים כי האנטרופיה היאהרצון לכאוס. באופן כללי, המילה "אנטרופיה" פירושה שינוי או סיבוב. כבר אמרנו שזה מאפיין את הפעולה. מעניין מאוד בהקשר זה הוא אנטרופיה של הגז. בואו ננסה לדמיין איך זה קורה.

אנחנו לוקחים מערכת סגורה המורכבת משנייםטנקים מחוברים, בכל אחד מהם יש גז. הלחץ במכלים, עד שהיו מחוברים זה לזה, היה שונה. תארו לעצמכם מה קרה ברמה המולקולרית, כאשר הם היו מחוברים.

קהל המולקולות, שהיה חזק יותרהוא מיהר מיד לאחיו, שחיו לפני די חינם. לפיכך, הם הגבירו את הלחץ שם. זה יכול להיות לעומת איך המים בחדר האמבטיה spashes. היא רצה על צדה האחד וממהרת אל האחרת. כך גם המולקולות שלנו. ובמערכת המבודדת האידיאלית שלנו מהשפעה חיצונית הם יידחפו עד שייקבע האיזון המוחלט בכל הכרך. ועכשיו, כאשר יש בדיוק את אותו החלל סביב כל מולקולה כמו השכן, הכל יירגע. וזה יהיה האנטרופיה הגבוהה ביותר בכימיה. סיבובים והשתנות יפסיקו.

אנטרופיה רגילה

מדענים לא מוותרים על ניסיונות להסדיר ולסווג אפילו את ההפרעה. מאחר שערך האנטרופיה תלוי במערך התנאים הנלווים, הונהג המושג "אנטרופיה סטנדרטית". הערכים של תקנים אלה מסוכמים בלוחות מיוחדים, כך שאתה יכול בקלות לבצע חישובים ולפתור מגוון של בעיות מיושמות.

כברירת מחדל, ערכי האנטרופיה הסטנדרטית נחשבים בתנאי לחץ באווירה אחת וטמפרטורה של 25 מעלות צלסיוס. כאשר הטמפרטורה עולה, מחוון זה גם גדל.

קודים וצופן

יש גם מידע אנטרופיה. הוא נועד לסייע בהצפנת הודעות מקודדות. ביחס למידע, האנטרופיה היא הערך של ההסתברות לחזות מידע. ואם בשפה פשוטה מאוד, אז זה כמה קל יהיה לפצח את הצופן מיירט.

איך זה עובד? במבט ראשון נראה כי גם בלי כמה נתונים בסיסיים, אחד לא יכול להבין את המסר מקודד. אבל זה לא לגמרי נכון. כאן ההסתברות באה לידי ביטוי.

תארו לעצמכם דף עם הודעה מוצפנת. אתה יודע כי השפה הרוסית שימש, אבל הדמויות הן לא מוכר לחלוטין. היכן להתחיל? תחשוב: מהי ההסתברות שבאותו דף ייפגש המכתב "ְיק"? ואת ההזדמנות להיתקל במכתב "o"? המערכת שאתה מבין. הסמלים המתרחשים לעתים קרובות (ולעתים קרובות - זה גם אינדיקטור חשוב) מחושבים בהשוואה למוזרויות של השפה בה מורכב המסר.

בנוסף, ישנם תכופים, ובמקרים מסוימיםשפות ומכתבים בלתי פוסקים. ידע זה משמש גם לפענוח. אגב, זוהי השיטה בה השתמשו שרלוק הולמס המפורסם בסיפור "גברים רוקדים". קודים היו סדוקים באותו ערב ערב מלחמת העולם השנייה.

ואנטרופיה מידע נועד להגביר את האמינות של הקידוד. הודות לנוסחאות הנגזרות, מתמטיקאים יכולים לנתח ולשפר את הווריאציות המוצעות על ידי צופן.

חיבור עם חומר אפל

תיאוריות כי הם פשוט מחכים שלהםאישור, רבים. אחד מהם מחבר את תופעת האנטרופיה בחומר אפל שהתגלה לאחרונה. זה אומר כי האנרגיה האבודה היא פשוט הפך אחד כהה. אסטרונומים מודים כי ביקום שלנו רק 4 אחוזים נופלים על הנושא הידוע לנו. 96% הנותרים לא נלמדים כרגע - כהה.

שם זה היא קיבלה בגלל העובדהאינטראקציה עם קרינה אלקטרומגנטית ואינה פולטת אותו (כמו כל האובייקטים הידועים ביקום לפני כן). לכן, בשלב זה של התפתחות המדע, המחקר של החומר האפל ואת המאפיינים שלו אינו אפשרי.