אנו מסבירים מהי אנטרופיה, ממה מורכבת אנטרופיה שלילית וכמה דוגמאות לדרגת שיווי משקל זו של מערכת.
מהי אנטרופיה?
בגוּפָנִי אנו מדברים על אנטרופיה (בדרך כלל מסומלת באות S) כדי להתייחס למידת שיווי המשקל של מערכת תרמודינמית, או ליתר דיוק, לרמת הנטייה שלה לאי-סדר (וריאציה אנטרופית). כאשר מתרחש שינוי אנטרופיה חיובי, מרכיבי המערכת נכנסים למצב של אי-סדר גדול יותר מאשר כאשר מתרחשת אנטרופיה שלילית.
אנטרופיה היא מושג מפתח עבור החוק השני של התרמודינמיקה, הקובע כי "כמות האנטרופיה ב- עוֹלָם נוטה לעלות ב מזג אוויר". או מה זהה: בהינתן פרק זמן מספיק, מערכות יטו לאי סדר. פוטנציאל זה לאי-סדר יהיה גדול יותר ככל שהמערכת תהיה קרובה יותר לשיווי משקל. ככל ששיווי המשקל גבוה יותר, האנטרופיה גבוהה יותר.
ניתן גם לומר שאנטרופיה היא חישוב האנרגיה הפנימית של מערכת שאינה שימושית לביצוע עבודה, אלא קיימת ומצטברת במערכת נתונה. זה האֵנֶרְגִיָה עודף, חד פעמי.
כאשר מערכת עוברת ממצב ראשוני למצב משני, בתהליך איזותרמי (שווה טֶמפֶּרָטוּרָה), שינוי האנטרופיה (S2 - S1) יהיה שווה לכמות של חוֹם להחליף את המערכת עםסביבה , (Q1 → Q2), חלקי הטמפרטורה שלו. זה בא לידי ביטוי במשוואה הבאה:
S2 - S1 = (Q1 → Q2) / T
זה מראה שניתן לחשב את וריאציות האנטרופיה רק ב-a מערכת ולא ערכים מוחלטים.הנקודה היחידה שבה האנטרופיה היא אפס היא באפס מוחלט (0 K או -273.16 מעלות צלזיוס).
אנטרופיה שלילית
אנטרופיה שלילית, סינטרופיה או נגנטרופיה היא אותה אנטרופיה שמערכת מייצאת או משחררת כדי לשמור על רמות האנטרופיה שלה נמוכות.
מושג זה פותח על ידי הפיזיקאי ארווין שרדינגר בשנת 1943 ולאחר מכן הועלה על ידי חוקרים שונים.
דוגמאות של אנטרופיה
כמה דוגמאות יומיומיות של אנטרופיה הן:
- שבירת צלחת. אם נבין את הלוח כמערכת מסודרת ומאוזנת, בעלת פוטנציאל אנטרופי גבוה, נראה שהפיצול שלו לחתיכות הוא אירוע טבעי וזמני שאינו מתרחש באופן ספונטני בכיוון ההפוך.
- ריקבון רדיואקטיבי. תהליך זה, גם בלתי הפיך, מוביל לאטומים עומס אנטרופי לא יציב וגבוה כדי להפוך ליציב יותר (אלמנט משתנה). לשם כך, הם משחררים כמויות גדולות של אנרגיה, וזה מה שאנו מכנים קרינה.
- הסוף של עוֹלָם. הפיזיקה בת זמננו הזהירה מפני תיאוריה של סוף היקום, הנקראת "מוות מחום", הגורסת כי האנטרופיה ביקום תגיע בשלב מסוים לשיווי משקל, נקודה של אנטרופיה מקסימלית בקצה היקום. תְנוּעָה והעברות חום, שאיתם לא תהיה התפתחות נוספת או שינוי מכל סוג שהוא.