Všetka energia zo spaľovania benzínu vo všetkých autách na svete za posledný rok išla v konečnom dôsledku do ohrevu vzduchu a zeme. Toto je entropia a tento jav je prítomný v každom procese, v akomkoľvek systéme.

Takýto prechod do tepla s nízkou teplotou znamená zvýšenie neporiadku v pohybe molekúl. Aj keď sa teplo zachováva, napríklad keď sa zmieša teplý a studený vzduch, neporiadok sa stále zvyšuje: (skupina rýchlych molekúl v jednej oblasti) + (skupina pomalých molekúl v inej oblasti) sa stáva (zmes molekúl so stredným chaotickým pohybom ). Ak vezmeme do úvahy jednoduché miešanie horúceho a studeného plynu, ako aj všeobecné teoretické štúdium tepelných motorov (termodynamika), vedie nás k záveru, že prirodzeným trendom je zmena entropie - nárast neusporiadanosti v čase.

To dáva času dôležitú vlastnosť - smerovosť v prípade štatistických procesov. V jednoduchej mechanike, vyjadrenej v Newtonových zákonoch, môže čas plynúť oboma smermi. Film o zrážke dvoch molekúl bude vyzerať rovnako hodnoverne, bez ohľadu na to, ako film spustíme – od začiatku alebo od konca. Ale film, v ktorom sa molekuly horúceho plynu miešajú s molekulami studeného plynu, vyzerá šialene, ak ho začnete od konca. Zrážky nespočetných molekúl teda naznačujú smer toku času v našom svete. Je vynájdená fyzikálna miera „poruchy“, nazývaná „princíp entropie“.

Hovorí sa, že "podľa zákona entropie má neporiadok vo vesmíre tendenciu narastať." Z toho vznikla myšlienka „tepelnej smrti“ vesmíru, keď bude všetko pri rovnakej nízkej teplote a maximálnej poruche hmoty a žiarenia.

Pojem entropia možno definovať ako pomer množstva tepla k absolútnej teplote, alebo ako pravdepodobnosť určitej konfigurácie vo svete molekúl. Ďalšie podrobnosti o tejto definícii a jej použití by nás zaviedli príliš ďaleko za rámec nášho kurzu, ale stojí za to dodržiavať tento koncept pri rozvíjaní modernej vedy. "Budúcnosť patrí tým," povedal Frederick Keffer, "ktorí dokážu ovládať entropiu... Priemyselné revolúcie minulosti ovplyvnili iba spotrebu energie, ale automatické továrne budúcnosti sú revolúciou entropie."

Molekuly plynu v procese zrážok by sa v princípe mohli rozdeliť na rýchle (horúce) molekuly v jednej časti nádoby a pomalé (studené) molekuly v druhej. To by znamenalo zníženie neusporiadanosti, v rozpore s tým, čo predpovedá zákon o rastúcej entropii. Takáto náhodná udalosť je však takmer nepravdepodobná – nie nemožná, len mimoriadne nepravdepodobná. Najpravdepodobnejšou poruchou je usporiadanie a rýchlosti molekúl, takže usporiadané usporiadanie sa po niekoľkých zrážkach s vysokou pravdepodobnosťou opäť stáva chaotickým.

Vznik poriadku je veľmi nepravdepodobný-pravdepodobný aj počas veľmi dlhého času. Vznik poriadku je extrémne nepravdepodobný... neporiadok je veľmi pravdepodobný, a preto možno vlastnosti entropie definovať tromi ekvivalentnými spôsobmi: 1) ako miera neusporiadanosti; 2) prostredníctvom tepla a teploty; 3) prostredníctvom pravdepodobností molekulárnych konfigurácií (pokiaľ sú štatisticky pravdepodobné).

Druhý zákon termodynamiky v podstate hovorí, že entropia má tendenciu narastať. V dôsledku nevyhnutných procesov, ako sú tepelné straty, trenie, nepružné nárazy... sa zvyšuje. Maximálne, v čo môžeme dúfať v prípade nepretržite pracujúceho dokonalého tepelného motora je udržanie konštantnej entropie.

Zmena entropie je veľmi dôležitá pre výpočet prevádzky tepelných strojov, kde sa snažíme spotrebovať všetku dostupnú tepelnú energiu. Zdá sa, že je to veľmi dôležité pre biologické objekty, u ktorých dominuje jeden smer času.

Mimochodom, myšlienka princípu entropie sa používa aj v "teórii informácií", ktorá je základom návrhu komunikačných systémov atď. Povedzme, že sa vám podarilo pozorovať pohyb jedinej molekuly plynu a môžete zaznamenať pohyb každého z nich. Za týmito detailnými informáciami neuvidíte plyn ako homogénny systém v stave maximálneho chaosu, ale len to, že pohyb je extrémne nepravidelný.

Prijímaním informácií znižujete entropiu. Informácie prenášané telefónom vo forme správy z teplomera do termostatu teda pripomínajú negatívnu entropiu. Táto analógia je účinná pri kódovaní mnohých simultánnych telefonických rozhovorov, budovaní zosilňovačov, zlepšovaní kvality zariadení na záznam zvuku, konštrukcii automatov a pri štúdiu nášho vlastného nervového systému, jazyka, pamäte a možno aj mysle.

Len o komplexe - Čo je to entropia, zmena entropie procesov a systémov, pojem entropia, vlastnosti a zákony entropie

• Galéria obrázkov, obrázkov, fotografií.
• Čo je to entropia – základy, príležitosti, perspektívy, rozvoj.
• Zaujímavé fakty, užitočné informácie.
• Zelená správa - Čo je to entropia.
• Väzby na materiály a zdroje - Čo je to entropia, zmena entropie procesov a systémov, pojem entropia, vlastnosti a zákony entropie.

Podobné príspevky

Entropia (z iného gréckeho ἐντροπία „otoč“, „transformácia“) je termín široko používaný v prírodných a exaktných vedách. Prvýkrát bol zavedený v rámci termodynamiky ako funkcia stavu termodynamického systému, ktorý určuje mieru nevratnej disipácie energie. V štatistickej fyzike entropia charakterizuje pravdepodobnosť realizácie akéhokoľvek makroskopického stavu. Okrem fyziky je tento termín široko používaný v matematike: teória informácie a matematická štatistika.

Tento pojem vstúpil do vedy v 19. storočí. Spočiatku bol použiteľný v teórii tepelných motorov, ale rýchlo sa objavil aj v iných oblastiach fyziky, najmä v teórii žiarenia. Veľmi skoro sa entropia začala využívať v kozmológii, biológii a teórii informácie. Rôzne oblasti vedomostí rozlišujú rôzne typy miery chaosu:

• informačné;
• termodynamické;
• diferenciál;
• kultúrne atď.

Napríklad pre molekulárne systémy existuje Boltzmannova entropia, ktorá určuje mieru ich náhodnosti a homogenity. Boltzmann bol schopný stanoviť vzťah medzi mierou chaosu a pravdepodobnosťou stavu. Pre termodynamiku sa tento koncept považuje za mieru nevratného rozptylu energie. Je to funkcia stavu termodynamického systému. V samostatnom systéme entropia rastie na maximálne hodnoty a tie sa nakoniec stanú rovnovážnym stavom. Informačná entropia znamená určitú mieru neistoty alebo nepredvídateľnosti.

Entropiu možno interpretovať ako mieru neistoty (neporiadku) určitého systému, napríklad akejkoľvek skúsenosti (testu), ktorá môže mať rôzne výsledky, a teda aj množstvo informácií. Ďalšou interpretáciou entropie je teda informačná kapacita systému. Tento výklad súvisí s tým, že tvorca pojmu entropia v teórii informácie (Claude Shannon) chcel túto veličinu najskôr nazvať informáciou.

Pre reverzibilné (rovnovážne) procesy platí nasledujúca matematická rovnosť (dôsledok tzv. Clausiovej rovnosti), kde je dodané teplo, je teplota a sú stavy a je entropia zodpovedajúca týmto stavom (tu, zvažuje sa proces prechodu zo stavu do stavu).

Pre nevratné procesy platí nerovnosť vyplývajúca z tzv. Clausiovej nerovnosti, kde je dodané teplo, je teplota a sú stavy a týmto stavom zodpovedá entropia.

Preto sa entropia adiabaticky izolovaného (bez prívodu alebo odvodu tepla) systému môže zvýšiť iba počas nevratných procesov.

Clausius (1876) pomocou pojmu entropia podal najvšeobecnejšiu formuláciu 2. termodynamického zákona: v reálnych (nezvratných) adiabatických procesoch entropia rastie, pričom v rovnovážnom stave dosahuje maximálnu hodnotu (2. termodynamický zákon nie je absolútna, pri výkyvoch sa porušuje).

Absolútna entropia (S) látky alebo procesu je zmena dostupnej energie pri prenose tepla pri danej teplote (Btu/R, J/K). Matematicky sa entropia rovná prenosu tepla vydelenému absolútnou teplotou, pri ktorej proces prebieha. V dôsledku toho procesy prenosu veľkého množstva tepla zvyšujú entropiu. Zmeny entropie sa tiež zvýšia, keď sa teplo prenáša pri nízkej teplote. Keďže absolútna entropia sa týka dostupnosti všetkej energie vo vesmíre, teplota sa zvyčajne meria v absolútnych jednotkách (R, K).

špecifická entropia(S) sa meria vo vzťahu k jednotkovej hmotnosti látky. Jednotky teploty, ktoré sa používajú pri výpočte rozdielov entropie stavov, sa často uvádzajú v jednotkách teploty v stupňoch Fahrenheita alebo Celzia. Keďže rozdiely v stupňoch medzi stupnicou Fahrenheita a Rankina alebo stupnice Celzia a Kelvina sú rovnaké, riešenie v takýchto rovniciach bude správne bez ohľadu na to, či je entropia vyjadrená v absolútnych alebo konvenčných jednotkách. Entropia má rovnakú danú teplotu ako daná entalpia konkrétnej látky.

Aby sme to zhrnuli: entropia sa zvyšuje, preto akýmkoľvek naším konaním zvyšujeme chaos.

Asi komplexne

Entropia je mierou neporiadku (a charakteristikou štátu). Vizuálne, čím sú veci v určitom priestore rovnomernejšie, tým väčšia je entropia. Ak cukor leží v pohári čaju vo forme kúska, entropia tohto stavu je malá, ak je rozpustený a rozložený po celom objeme, je vysoká. Neporiadok možno merať napríklad spočítaním, koľkými spôsobmi možno objekty rozložiť v danom priestore (entropia je potom úmerná logaritmu počtu rozložení). Ak sú všetky ponožky extrémne kompaktne zložené v jednej hromade na poličke v skrini, počet možností usporiadania je malý a obmedzuje sa len na počet permutácií ponožiek v hromade. Ak sa ponožky dajú umiestniť kdekoľvek v miestnosti, potom existuje nemysliteľné množstvo spôsobov, ako ich rozložiť, a tieto rozloženia sa počas nášho života neopakujú, ako tvary snehových vločiek. Entropia stavu „ponožky sú rozptýlené“ je obrovská.

Druhý termodynamický zákon hovorí, že entropia nemôže v uzavretom systéme spontánne klesať (zvyčajne sa zvyšuje). Pod jeho vplyvom sa dym rozplynie, cukor sa rozpustí, kamene a ponožky sa časom rozpadnú. Táto tendencia sa vysvetľuje jednoducho: veci sa pohybujú (pohybujeme my alebo prírodné sily) zvyčajne pod vplyvom náhodných impulzov, ktoré nemajú spoločný cieľ. Ak sú impulzy náhodné, všetko sa bude pohybovať od poriadku k neporiadku, pretože vždy existuje viac spôsobov, ako dosiahnuť neporiadok. Predstavte si šachovnicu: kráľ môže opustiť roh tromi spôsobmi, všetky možné cesty pre neho vedú z rohu a z každej susednej bunky sa do rohu vráti iba jedným spôsobom, pričom tento ťah bude len jeden z 5 resp. 8 možných ťahov. Ak ho pripravíte o gól a necháte ho náhodne sa pohybovať, nakoniec bude môcť skončiť kdekoľvek na šachovnici s rovnakou pravdepodobnosťou, entropia sa zvýši.

V plyne alebo kvapaline zohráva úlohu takejto neusporiadanej sily tepelný pohyb, vo vašej izbe vaše chvíľkové túžby ísť sem a tam, ľahnúť si, pracovať atď. Aké sú tieto túžby, nie je dôležité, hlavnou vecou je, že nie sú spojené s čistením a nie sú navzájom spojené. Ak chcete znížiť entropiu, musíte systém vystaviť vonkajším vplyvom a pracovať na ňom. Napríklad podľa druhého zákona sa entropia v miestnosti bude neustále zvyšovať, kým nepríde mama a nepožiada vás, aby ste ju trochu upratali. Potreba pracovať tiež znamená, že každý systém bude odolávať znižovaniu entropie a uvádzaniu vecí do poriadku. Je to rovnaký príbeh vo vesmíre – entropia sa začala zvyšovať od Veľkého tresku a bude ďalej rásť, kým nepríde mama.

miera chaosu vo vesmíre

Pre vesmír nemožno použiť klasickú verziu výpočtu entropie, pretože v ňom pôsobia gravitačné sily a hmota sama o sebe nemôže tvoriť uzavretý systém. V skutočnosti je to pre vesmír miera chaosu.

Za hlavný a najväčší zdroj neporiadku, ktorý je v našom svete pozorovaný, sa považujú známe masívne útvary – čierne diery, masívne a supermasívne.

Pokusy o presný výpočet hodnoty miery chaosu ešte nemožno nazvať úspešnými, hoci sa vyskytujú neustále. Ale všetky odhady entropie vesmíru majú významný rozptyl v získaných hodnotách - od jedného do troch rádov. Je to spôsobené nielen nedostatkom vedomostí. Chýbajú informácie o vplyve na výpočty nielen všetkých známych nebeských objektov, ale aj temnej energie. Štúdium jeho vlastností a znakov je stále v plienkach a vplyv môže byť rozhodujúci. Miera chaosu vesmíru sa neustále mení. Vedci neustále vykonávajú určité štúdie, aby boli schopní určiť všeobecné vzorce. Potom bude možné robiť pomerne presné predpovede o existencii rôznych vesmírnych objektov.

Tepelná smrť vesmíru

Každý uzavretý termodynamický systém má konečný stav. Ani vesmír nie je výnimkou. Keď prestane riadená výmena všetkých druhov energií, prerodia sa na tepelnú energiu. Systém prejde do stavu tepelnej smrti, ak termodynamická entropia dosiahne najvyššiu hodnotu. Záver o takomto konci nášho sveta sformuloval v roku 1865 R. Clausius. Za základ zobral druhý termodynamický zákon. Podľa tohto zákona systém, ktorý si nevymieňa energiu s inými systémami, bude hľadať rovnovážny stav. A môže mať parametre charakteristické pre tepelnú smrť vesmíru. Ale Clausius nebral do úvahy vplyv gravitácie. To znamená, že pre vesmír, na rozdiel od ideálneho plynového systému, kde sú častice rovnomerne rozdelené v určitom objeme, rovnomernosť častíc nemôže zodpovedať najväčšej hodnote entropie. A predsa nie je úplne jasné, či je entropia prijateľnou mierou chaosu alebo smrti vesmíru?

Entropia v našom živote

Navzdory druhému termodynamickému zákonu, podľa ktorého sa všetko musí vyvíjať od zložitého k jednoduchému, sa vývoj zemského vývoja uberá opačným smerom. Táto nekonzistentnosť je spôsobená termodynamikou procesov, ktoré sú nezvratné. Spotreba živým organizmom, ak je prezentovaná ako otvorený termodynamický systém, sa vyskytuje v menších objemoch, ako je z neho emitované.

Potravinové látky majú nižšiu entropiu ako vylučovacie produkty z nich vyrobené. To znamená, že organizmus je živý, pretože dokáže vyhodiť túto mieru chaosu, ktorý v ňom vzniká v dôsledku toku nezvratných procesov. Napríklad asi 170 g vody sa z tela vylúči odparovaním; ľudské telo kompenzuje pokles entropie niektorými chemickými a fyzikálnymi procesmi.

Entropia je miera voľného stavu systému. Je tým úplnejší, čím menej obmedzení má tento systém, ale pod podmienkou, že má veľa stupňov voľnosti. Ukazuje sa, že nulová hodnota miery chaosu je úplná informácia a maximálna hodnota je absolútna nevedomosť.

Celý náš život je nepretržitá entropia, pretože miera chaosu niekedy prevyšuje mieru zdravého rozumu. Možno nie je až tak ďaleko čas, keď prídeme k druhému termodynamickému zákonu, lebo niekedy sa zdá, že vývoj niektorých ľudí, ba aj celých štátov, už išiel dozadu, teda od komplexu k primitívu.

závery

Entropia je označenie funkcie stavu fyzikálneho systému, ktorého zvýšenie sa uskutočňuje v dôsledku spätného (reverzibilného) prívodu tepla do systému;

množstvo vnútornej energie, ktorú nemožno premeniť na mechanickú prácu;

presná definícia entropie sa robí pomocou matematických výpočtov, pomocou ktorých sa pre každý systém stanoví zodpovedajúci stavový parameter (termodynamická vlastnosť) súvisiacej energie. Entropia sa najzreteľnejšie prejavuje v termodynamických procesoch, kde sú procesy rozlíšené, vratné a nezvratné, a v prvom prípade entropia zostáva nezmenená av druhom neustále rastie a tento nárast je spôsobený poklesom mechanickej energie.

V dôsledku toho sú všetky mnohé nezvratné procesy, ktoré sa vyskytujú v prírode, sprevádzané poklesom mechanickej energie, čo by malo nakoniec viesť k zastaveniu, k „tepelnej smrti“. To sa však nemôže stať, pretože z hľadiska kozmológie nie je možné dokončiť empirické poznanie celej „celistvosti vesmíru“, na základe ktorého by naša myšlienka entropie mohla nájsť rozumné uplatnenie. Kresťanskí teológovia veria, že na základe entropie možno odvodiť konečnosť sveta a použiť ju na dôkaz „existencie Boha“. V kybernetike sa slovo „entropia“ používa v inom význame, ako je jeho priamy význam, ktorý možno len formálne odvodiť od klasického pojmu; znamená to: priemernú úplnosť informácií; nespoľahlivosť vzhľadom na hodnotu „čakania“ na informácie.

Entropia je slovo, ktoré mnohí počuli, ale málokto mu rozumie. A stojí za to uznať, že je naozaj ťažké úplne pochopiť celú podstatu tohto javu. To by nás však nemalo vystrašiť. Mnohé z toho, čo nás obklopuje, môžeme v skutočnosti vysvetliť len povrchne. A to nehovoríme o vnímaní či poznaní nejakého konkrétneho jedinca. Nie Hovoríme o úplnosti vedeckých poznatkov, ktorými ľudstvo disponuje.

Vážne medzery existujú nielen v znalostiach galaktických meradiel, napríklad v otázkach o červích dierach a červích dierach, ale aj v tom, čo nás neustále obklopuje. Napríklad sa stále diskutuje o fyzickej podstate svetla. A kto dokáže vyriešiť pojem času? Takýchto otázok je veľa. Ale v tomto článku sa zameriame na entropiu. Vedci dlhé roky zápasili s pojmom „entropia“. Chémia a fyzika idú ruka v ruke pri štúdiu tohto Pokúsime sa zistiť, čo sa stalo známym našej dobe.

Zavedenie konceptu vo vedeckej komunite

Pojem entropia do prostredia odborníkov po prvý raz uviedol vynikajúci nemecký matematik Rudolf Julius Emmanuel Clausius. Zjednodušene povedané, vedec sa rozhodol zistiť, kam ide energia. V akom zmysle? Pre ilustráciu sa nevrátime k početným experimentom a zložitým záverom matematika, ale vezmeme si príklad, ktorý je nám známy z každodenného života.

Mali by ste si byť dobre vedomí toho, že keď nabíjate povedzme batériu mobilného telefónu, množstvo energie, ktorá sa v batériách naakumuluje, bude menšie, ako skutočne prijaté zo siete. Existujú určité straty. A v každodennom živote sme na to zvyknutí. Faktom ale je, že k podobným stratám dochádza aj v iných uzavretých systémoch. A pre fyzikov-matematikov je to už vážny problém. Štúdiu tejto problematiky sa venoval Rudolf Clausius.

V dôsledku toho vydedukoval najúžasnejšiu skutočnosť. Ak opäť odstránime zložitú terminológiu, dôjde k faktu, že entropia je rozdiel medzi ideálnym a skutočným procesom.

Predstavte si, že vlastníte obchod. A dostali ste 100 kilogramov grapefruitov na predaj za cenu 10 tugrikov za kilogram. Pri prirážke 2 tugriks za kilogram získate 1200 tugrikov ako výsledok predaja, dáte dlžnú sumu dodávateľovi a necháte si zisk dvesto tugrikov.

To bol opis ideálneho procesu. A každý obchodník vie, že kým sa všetky grapefruity predajú, zmenšia sa o 15 percent. A 20 percent úplne zhnije a jednoducho ich bude treba odpísať. Ale toto je skutočný proces.

Takže pojem entropia, ktorý do matematického prostredia zaviedol Rudolf Clausius, je definovaný ako vzťah systému, v ktorom nárast entropie závisí od pomeru teploty systému k hodnote absolútnej nuly. V skutočnosti ukazuje hodnotu vynaloženej (stratenej) energie.

Indikátor merania chaosu

Stále môžete s istou mierou presvedčenia povedať, že entropia je mierou chaosu. Totiž, ak si za vzor uzavretého systému zoberieme izbu bežného študenta, tak už neodložená školská uniforma bude charakterizovať nejakú entropiu. Ale jeho hodnota v tejto situácii bude malá. Ale ak okrem toho rozhádžete hračky, prinesiete pukance z kuchyne (samozrejme, trochu zhodíte) a necháte všetky učebnice v neporiadku na stole, potom entropia systému (a v tomto konkrétnom prípade táto miestnosť) sa dramaticky zvýši.

Komplexné záležitosti

Entropia hmoty je veľmi ťažko opísateľný proces. Mnohí vedci za posledné storočie prispeli k štúdiu mechanizmu jeho práce. Okrem toho pojem entropia používajú nielen matematici a fyzici. Zaslúžené miesto zaujíma aj v chémii. A niektorí remeselníci s jeho pomocou dokonca vysvetľujú psychologické procesy vo vzťahoch medzi ľuďmi. Pozrime sa na rozdiel vo formuláciách troch fyzikov. Každý z nich odhaľuje entropiu z druhej strany a ich kombinácia nám pomôže urobiť si o sebe ucelenejší obraz.

Clausiusov výrok

Proces prenosu tepla z telesa s nižšou teplotou do telesa s vyššou je nemožný.

Tento postulát je ľahké overiť. Nikdy sa vám nepodarí zahriať povedzme studené malé šteniatko studenými rukami, bez ohľadu na to, ako veľmi mu chcete pomôcť. Preto si ho budete musieť vložiť do lona, ​​kde je vyššia teplota, ako je momentálne.

Thomsonovo tvrdenie

Je nemožný proces, ktorého výsledkom by bolo dokončenie práce kvôli teplu odobranému z jedného telesa.

A ak je to celkom jednoduché, znamená to, že je fyzicky nemožné navrhnúť stroj na večný pohyb. Entropia uzavretého systému nedovolí.

Boltzmannov výrok

Entropia nemôže klesať v uzavretých systémoch, to znamená v tých, ktoré nedostávajú vonkajší zdroj energie.

Táto formulácia otriasla vierou mnohých prívržencov evolučnej teórie a prinútila ich vážne sa zamyslieť nad existenciou inteligentného Stvoriteľa vo Vesmíre. prečo?

Pretože štandardne sa v uzavretom systéme entropia vždy zvyšuje. A tak sa chaos stupňuje. Dá sa znížiť iba externým prísunom energie. A tento zákon dodržiavame každý deň. Ak sa nestaráte o záhradu, dom, auto atď., tak sa jednoducho stanú bezcennými.

V megameradle je aj náš vesmír uzavretým systémom. A vedci dospeli k záveru, že samotná naša existencia by mala naznačovať, že tento vonkajší zdroj energie odniekiaľ pochádza. Preto dnes nikoho neprekvapuje, že astrofyzici veria v Boha.

šípka času

Ďalšia veľmi dômyselná ilustrácia entropie môže byť znázornená ako šípka času. To znamená, že entropia ukazuje, akým smerom sa bude proces fyzicky pohybovať.

A skutočne, je nepravdepodobné, že keď sa dozviete o prepustení záhradníka, budete očakávať, že územie, za ktoré bol zodpovedný, bude úhľadnejšie a upravenejšie. Práve naopak – ak neprijmete ďalšieho pracovníka, po určitom čase aj tá najkrajšia záhrada chátra.

Entropia v chémii

V disciplíne "chémia" je entropia dôležitým ukazovateľom. V niektorých prípadoch jeho hodnota ovplyvňuje priebeh chemických reakcií.

Kto nevidel snímky z celovečerných filmov, v ktorých postavy veľmi opatrne niesli nádoby s nitroglycerínom a báli sa vyvolať výbuch neopatrným náhlym pohybom? Išlo o názornú pomôcku princípu entropie v chemickej látke. Ak by jeho indikátor dosiahol kritickú úroveň, začala by reakcia, v dôsledku ktorej dôjde k výbuchu.

poriadok poruchy

O entropii sa najčastejšie tvrdí, že je to túžba po chaose. Vo všeobecnosti slovo "entropia" znamená transformáciu alebo rotáciu. Už sme povedali, že charakterizuje akciu. Entropia plynu je v tomto kontexte veľmi zaujímavá. Skúsme si predstaviť, ako sa to deje.

Berieme uzavretý systém pozostávajúci z dvoch spojených nádob, z ktorých každá obsahuje plyn. Tlak v nádobách, kým neboli navzájom hermeticky spojené, bol rôzny. Predstavte si, čo sa stalo na molekulárnej úrovni, keď sa dali dokopy.

Dav molekúl, ktorý bol pod silnejším tlakom, sa okamžite rútil k svojim druhom, ktorí predtým žili celkom slobodne. Tým pádom tam zvýšili tlak. Dá sa to prirovnať k tomu, ako strieka voda vo vani. Beží na jednu stranu a okamžite sa ponáhľa na druhú. Také sú naše molekuly. A v našom systéme, ideálne izolovanom od vonkajších vplyvov, budú tlačiť, kým sa v celom objeme nenastolí dokonalá rovnováha. A teraz, keď je okolo každej molekuly presne rovnaký priestor ako tá susedná, všetko sa upokojí. A toto bude najvyššia entropia v chémii. Obraty a premeny sa zastavia.

štandardná entropia

Vedci neopúšťajú pokusy zefektívniť a klasifikovať dokonca neporiadok. Keďže hodnota entropie závisí od mnohých sprievodných podmienok, zaviedol sa pojem „štandardná entropia“. Hodnoty sú zhrnuté v špeciálnych tabuľkách, aby ste mohli ľahko vykonávať výpočty a riešiť rôzne aplikované problémy.

Štandardné hodnoty entropie sa berú do úvahy pri podmienkach tlaku jednej atmosféry a teplote 25 stupňov Celzia. Keď teplota stúpa, toto číslo sa tiež zvyšuje.

Kódy a šifry

Existuje aj informačná entropia. Je navrhnutý tak, aby pomohol pri šifrovaní kódovaných správ. Vo vzťahu k informáciám je entropia hodnotou pravdepodobnosti predvídateľnosti informácie. A ak je to veľmi jednoduché, potom takto ľahko bude prelomiť zachytenú šifru.

Ako to funguje? Na prvý pohľad sa zdá, že bez aspoň nejakých počiatočných údajov nie je možné porozumieť zakódovanej správe. Ale nie je to tak. Tu vstupuje do hry pravdepodobnosť.

Predstavte si stránku so zašifrovanou správou. Viete, že bol použitý ruský jazyk, ale postavy sú úplne neznáme. kde začať? Zvážte: aká je pravdepodobnosť, že sa na tejto stránke objaví písmeno „b“? A možnosť naraziť na písmeno „o“? Rozumiete systému. Symboly, ktoré sa vyskytujú najčastejšie (a najmenej často - to je tiež dôležitý ukazovateľ), sa vypočítajú a porovnajú s vlastnosťami jazyka, v ktorom bola správa zostavená.

Okrem toho existujú časté av niektorých jazykoch nezmenené kombinácie písmen. Tieto poznatky sa využívajú aj na dešifrovanie. Mimochodom, práve túto metódu použil slávny Sherlock Holmes v príbehu „The Dancing Men“. Rovnakým spôsobom boli kódy prelomené v predvečer druhej svetovej vojny.

A informačná entropia je navrhnutá tak, aby zvýšila spoľahlivosť kódovania. Vďaka odvodeným vzorcom môžu matematici analyzovať a zlepšovať možnosti, ktoré šifry ponúkajú.

Spojenie s temnou hmotou

Existuje množstvo teórií, ktoré len čakajú na potvrdenie. Jeden z nich spája fenomén entropie s pomerne nedávno objaveným javom, ktorý hovorí, že stratená energia sa jednoducho premení na tmu. Astronómovia pripúšťajú, že len 4 percentá nášho vesmíru sú nám známe látky. A zvyšných 96 percent zaberá momentálne neprebádané – temné.

Dostalo také meno vďaka tomu, že neinteraguje s elektromagnetickým žiarením a nevyžaruje ho (ako všetky dovtedy známe objekty vo vesmíre). Preto v tejto fáze vývoja vedy nie je štúdium temnej hmoty a jej vlastností možné.

Postava vo filme Woodyho Allena Whatever Works definuje entropiu ako niečo, čo sťažuje vracanie zubnej pasty späť do tuby. Zaujímavým spôsobom vysvetľuje aj Heisenbergov princíp neistoty, ďalší dôvod, prečo si film pozrieť.

Entropia je mierou neporiadku, chaosu. Pozvali ste priateľov na novoročnú párty, upratali, poumývali podlahu, položili občerstvenie na stôl, usporiadali nápoje. Slovom, všetko zefektívnili a odstránili toľko chaosu, koľko len mohli. Toto je systém s nízkou entropiou.

Čo je to entropia jednoduchými slovami: definovanie, v ktorých oblastiach sa tento pojem používa. Zrozumiteľné príklady entropie v živote.

Všetci si asi viete predstaviť, čo sa stane s bytom, ak sa večierok vydarí: úplný chaos. Ale ráno máte k dispozícii systém s veľkou entropiou.

Na to, aby ste dali byt do poriadku, treba dať do poriadku, teda vynaložiť naň veľa energie. Entropia systému sa znížila, ale nie je v tom žiadny rozpor s druhým termodynamickým zákonom – pridali ste energiu zvonku a tento systém už nie je izolovaný.

Jednou z možností konca sveta je tepelná smrť vesmíru v dôsledku druhého termodynamického zákona. Entropia vesmíru dosiahne maximum a nič iné sa v ňom nestane.

Vo všeobecnosti všetko znie dosť otrepane: v prírode majú všetky usporiadané veci sklon k deštrukcii, chaosu. Ale odkiaľ sa potom berie život? Všetky živé organizmy sú neuveriteľne zložité a usporiadané a celý život nejakým spôsobom zápasia s entropiou (aj keď tá nakoniec vždy zvíťazí.

Všetko je veľmi jednoduché. Živé organizmy v procese života prerozdeľujú okolo seba entropiu, čiže dávajú svoju entropiu všetkému, čo môžu. Napríklad, keď jeme sendvič, krásne objednaný chlieb a maslo premeníme na niečo. Ukazuje sa, že sme dali našu entropiu sendviči, ale vo všeobecnom systéme sa entropia neznížila.

A ak vezmeme Zem ako celok, potom to vôbec nie je uzavretý systém: slnko nám dodáva energiu na boj s entropiou.

Psychológia entropie.

Entropia - spôsob interakcie jednotlivca so sociálnym prostredím je determinovaný skutočnosťou, že sociálne prostredie na jednej strane a jednotlivec na druhej strane môžu zahŕňať entropické a negentropické tendencie a ich určité pomerové formy kombinatoricky možné spôsoby interakcia; ich široká škála umožňuje prekročiť limitovanú definíciu osobnosti ako stabilného systému fungujúceho v meniacich sa podmienkach prostredia.

Ak si zoberieme os „osobnosť-sociálne prostredie“, ktorá je v našom pojmovom aparáte invariantná, a predstavíme si jej interakciu s osou „entropia-negentropia“, ktorá obsahuje odpoveď na otázku „ako prebieha interakcia?“, potom máme k dispozícii štyri počiatočné možnosti:

1) negentropické tendencie sociálneho prostredia;
2) entropické tendencie sociálneho prostredia;
3) negentropické osobnostné tendencie;
4) entropické tendencie osobnosti.

Je potrebné sa krátko zastaviť pri popise každého z nich.

1. Negentropické tendencie sociálneho prostredia. Dokonca Bacon nastolil otázku, ako môže človek existovať v spoločenskom poriadku a vo všeobecnosti, z čoho sa tento spoločenský poriadok skladá. Väčšina moderných sociologických teórií sa venuje objasneniu jeho podstaty. V súvislosti s našou úlohou popisujú možné parametre systému „osobnosť – sociálne prostredie“, stačí poznamenať, že človeka možno zaradiť do formálnych a neformálnych vzťahov, ktorých hlavnou kvalitou je opakovanie, prehľadnosť a organizácia, ritualizmus a stereotypizácia sociálnych podmienok – situácie správania jednotlivca. Je známe, že spoločnosť nemôže efektívne ovplyvňovať jednotlivca začleneného do skupiny, ak stratégia sociálneho vplyvu nie je dôsledná, jednotná a konzistentná.

2. Entropické tendencie sociálneho prostredia. Prvky chaosu a neporiadku, sociálnej destabilizácie a dezorganizácie zariadenia v rôznych štádiách jeho vývoja považoval E. Durkheim dokonca za nevyhnutnú podmienku rozvoja spoločnosti, prítomnosť v nej určitých prvkov dezorganizácie. Ako je známe, tento bod zdôraznil v súvislosti so štúdiom podstaty sociálnej anómie a kriminality. Bez toho, aby sme zachádzali do detailov kritickej analýzy názorov E. Durkheima, chceme zdôrazniť, že entropické tendencie sú obzvlášť zreteľne pozorované vo fungovaní malých sociálnych skupín v mikrosociálnej klíme niektorých formálnych a neformálnych ľudských asociácií. Príkladom je opitá spoločnosť, vzrušený dav pri športovom predstavení, situácia v pracovnom kolektíve s nejasným rozdelením funkcií a rolí, náhodné zhromaždenie ľudí, ktorých nespája spoločná niť atď.

3. Negentropické osobnostné tendencie. Týka sa to konzistentnosti názorov a postojov jednotlivca; jeho dôslednosť a organizáciu v činnostiach. Zdá sa zbytočné podrobne zvažovať mechanizmy na zabezpečenie a dosiahnutie stability, konzistentnosti organizácie v živote jednotlivca, pretože táto otázka je široko diskutovaná v psychologickej literatúre a jej štúdiu sa venuje množstvo prác. Možno len zdôrazniť, že žiaci a nasledovníci D. N. Uznadzeho spájajú mechanizmus stability individuálneho správania a charakterových vlastností, svetonázoru a presvedčenia s fixáciou postojov, s istou organizáciou zafixovaných postojov, ich systémovou štruktúrou a vnútornou tendenciou ku konsolidácii. a kompatibilita.

4. Entropické tendencie osobnosti. Disociácie správania, dezorganizácia, nejednotnosť v konaní a presvedčeniach, emočná nestabilita sú prejavmi vnútorného chaosu a entropických tendencií jednotlivca. Niet pochýb o tom, že hraničný stav rastu entropie je charakteristický pre patológiu, ale bolo by nesprávne otázku takto zjednodušovať, údajne rast entropie súvisí s patológiou a rast negentropie s duševným zdravím. Navyše pri mnohých neurotických poruchách dochádza k preorganizovaniu, privádzanému k patologickým formám ritualizácie a naopak u prakticky zdravých jedincov možno za určitých podmienok pozorovať nárast entropických tendencií. Dobre to demonštrujú známe experimenty L. Festingera, T. Newcomba a A. Pepitona, F. G. Zimbarda v súvislosti so štúdiom fenoménu deindividuácie, o ktorom už bola čiastočne reč. Faktom je, že jedným z indikátorov deindividuácie je podľa týchto preťažeností impulzívnosť a deštruktívnosť správania, pokles sebakontroly, chaotické správanie a dezorganizácia intrapersonálnych stavov. F. G. Zimbardo výstižne a jasne formuloval boj dvoch momentov – chaosu a poriadku – v ľudskej existencii: „Vo večnom boji poriadku a chaosu dúfame v triumf individuácie, no záhadne sme v sprisahaní s vnútornými silami vyvierajúcimi z nekontrolovateľné útroby deindividuácie“ .

Filozofia entropie.

ENTROPIA (z gr. entropia - rotácia, premena) - časť vnútornej energie uzavretého systému alebo energetického agregátu Vesmíru, ktorá sa nedá využiť, najmä sa nedá preniesť ani premeniť na mechanickú prácu. Presná definícia entropie sa robí pomocou matematických výpočtov. Vplyv entropie je najzreteľnejšie vidieť na príklade termodynamických procesov. Teplo sa teda nikdy úplne nepremení na mechanickú prácu a premení sa na iné druhy energie. Je pozoruhodné, že pri reverzibilných procesoch zostáva hodnota entropie nezmenená, pri ireverzibilných procesoch naopak neustále rastie a tento nárast nastáva v dôsledku poklesu mechanickej energie. V dôsledku toho sú všetky mnohé nezvratné procesy, ktoré sa vyskytujú v prírode, sprevádzané poklesom mechanickej energie, čo by v konečnom dôsledku malo viesť k všeobecnému ochrnutiu alebo, inými slovami, k „tepelnej smrti“. No takýto záver platí len v prípade postulovania totalitnej povahy Vesmíru ako uzavretej empirickej danosti. Kristus. teológovia na základe entropie hovorili o konečnosti sveta, používajúc ho ako dôkaz existencie Boha.

Entropia rastie. Rastie entropia v izolovaných systémoch?

Päť mýtov o vývoji a entropii. Mýtus tri.
Peniaze držíme pod zámkom, jedlo pred horúčavou schovávame do ľadu.
Ale žiť v samote a uzavretý je úplne neznesiteľné.
Druhý zákon termodynamiky hovorí, že entropia v izolovanom systéme neklesá, to znamená, že zostáva alebo rastie. Môže rásť mimo izolovaného systému?
Hneď si všimneme, že výraz „systém“ sa vo formulácii druhého zákona používa len pre stručnosť. Chápe sa ako akákoľvek množina prvkov, pričom systém medzi nimi zahŕňa spojenia a predpokladá určitú integritu. Spojenia aj integrita môžu len spomaliť rast entropie, pričom sa vylúčia niektoré (pre systém možno nežiaduce) stavy. V žiadnom inom ohľade nie je konzistentnosť pre druhú zásadu dôležitá.
Požiadavka izolácie vyplýva zo skutočnosti, že z otvoreného systému môže byť entropia exportovaná a rozptýlená v prostredí. Ale potom, čo bola izolovaná množina prvkov vyvážená, dostala sa do najpravdepodobnejšieho makrostavu, entropia, keď dosiahla svoje maximum, nemôže ďalej rásť.
Rast entropie je možný len za prítomnosti akejsi nerovnováhy, ktorá nevznikne, kým sa neobnoví prílev energie zvonku alebo jej odtok von. Niet divu, že veci ukladáme do izolovaných skladov – bránime tak vonkajším vplyvom, ktoré prispievajú k vzniku nerovnováhy a ďalšiemu zvyšovaniu entropie. Preto izolácia, podobne ako systemicita, neprispieva k rastu entropie, ale zaručuje len jej neklesanie. Práve mimo izolovaného systému, v otvorenom prostredí, entropia prevažne rastie.
Hoci klasická formulácia druhého zákona nehovorí o tom, ako sa mení entropia v otvorených systémoch a prostrediach, nie je to veľký problém. Stačí mentálne oddeliť časť prostredia alebo skupinu otvorených systémov zúčastňujúcich sa na procese a nepociťujúcich vonkajšie vplyvy a považovať ich za jeden izolovaný systém. Potom sa ich celková entropia nesmie znížiť. Tak uvažovali napríklad W. Ashby, ktorý posúdil vplyv jedného systému na druhý, a I. Prigogine, keď zvažovali disipatívne štruktúry.
Čo je horšie, zdá sa, že veľká trieda procesov, v ktorých entropia rastie, konkrétne procesy akumulácie porúch v systémoch pod vplyvom vonkajších síl, sa vymykajú pôsobeniu druhého zákona - napokon nemôžu pokračovať v izolovaných systémoch. !
Preto by bolo lepšie formulovať zákon takto: akýkoľvek spontánny proces premeny energie, hmoty, informácie neznižuje celkovú entropiu všetkých systémov a častí prostredia s tým spojených. V takejto formulácii sa odstraňuje prehnaná požiadavka dôslednosti, izolácia je zabezpečená zohľadnením všetkých prvkov, ktoré sú súčasťou procesu, a potvrdzuje sa platnosť zákona pre všetky spontánne procesy.

Entropia jednoduchými slovami. Čo je to entropia jednoduchými slovami

Najčastejšie sa slovo „entropia“ vyskytuje, samozrejme, v klasickej fyzike. Ide o jeden z najkomplexnejších konceptov tejto vedy, preto aj študenti fyzikálnych univerzít často čelia problémom vo vnímaní tohto pojmu. Toto je, samozrejme, fyzikálny ukazovateľ, ale je dôležité pochopiť jeden fakt - entropia nie je ako pojmy objemu, hmotnosti alebo tlaku, na ktoré sme zvyknutí, pretože entropia je práve vlastnosťou určitej látky, o ktorej uvažujeme. .

Jednoducho povedané, entropia je miera toho, koľko informácií o konkrétnom predmete nepoznáme. Napríklad na otázku, kde žijem, vám odpoviem - v Moskve. Ide o veľmi špecifickú súradnicu – hlavné mesto Ruskej federácie – Moskva je však pomerne veľké mesto, takže presné informácie o mojej polohe stále neviete. Ale keď vám poviem moje, napríklad poštové smerovacie číslo, potom sa entropia o mne ako o objekte zníži.

Toto nie je presná analógia, preto si na objasnenie uveďme ďalší príklad. Povedzme, že ty a ja vezmeme desať šesťstenných kociek. Poďme ich postupne všetky hodiť a potom vám poviem súčet klesnutých ukazovateľov - tridsať. Na základe súčtu všetkých výsledkov nebudete vedieť presne povedať, ktoré číslo a na ktorej kocke vypadlo – jednoducho na to nemáte dostatok údajov. V našom prípade sa každá vypadnutá číslica v jazyku fyzikov bude nazývať mikrostav a súčet rovný tridsiatim v rovnakom fyzickom dialekte sa bude nazývať makrostav. Ak si spočítame, koľko možných mikrostavov nám celkovo môžu dať tri desiatky, dospejeme k záveru, že ich počet dosahuje takmer tri milióny hodnôt. Pomocou špeciálneho vzorca môžeme v tomto pravdepodobnostnom experimente vypočítať aj index entropie – šesť a pol. Odkiaľ pochádza polovica, môžete sa opýtať? Táto zlomková časť sa objavuje v dôsledku skutočnosti, že pri číslovaní v siedmom poradí môžeme pracovať iba s tromi číslami - 0, 1 a 2.

Entropia v biológii. entropia (jednoznačnosť)

Entropia:

• Entropia je mierou nezvratného rozptylu energie, mierou odchýlky skutočného procesu od ideálneho.
• Termodynamická entropia – funkcia stavu termodynamického systému
• Entropia (biológia) - v biologickej ekológii jednotka merania biologickej variácie.
• Informačná entropia je mierou náhodnosti informácií, neistoty vzhľadu akéhokoľvek znaku primárnej abecedy.
• Entropia je peer-to-peer decentralizovaná počítačová komunikačná sieť navrhnutá tak, aby bola odolná voči sieťovej cenzúre.
• Topologická entropia
• Metrická entropia
• Entropia dynamického systému
• Diferenciálna entropia
• Entropia jazyka je štatistická funkcia textu v určitom jazyku alebo jazyka samotného, ​​ktorá určuje množstvo informácií na jednotku textu.
• Entropy (journal) je medzinárodný multidisciplinárny časopis v angličtine o entropii a výskume informácií.

• "Entropia" je celovečerný film Marie Sahakyanovej z roku 2012.
• Entropia (stolová hra) je stolová hra z roku 1977 od Erica Solomona a 1994 od Augustina Carrena.

Video o entropii

Príklady entropie. Úvod

Entropia

V slovníku cudzích slov sa nachádza nasledujúca definícia entropie: entropia - 1) vo fyzike - jedna z veličín charakterizujúcich tepelný stav telesa alebo sústavy telies; miera vnútornej poruchy systému; pre všetky procesy prebiehajúce v uzavretom systéme sa entropia buď zvyšuje (nevratné procesy) alebo zostáva konštantná (reverzibilné procesy); 2) v teórii informácie - miera neistoty situácie (náhodná premenná) s konečným alebo párnym počtom výsledkov, napríklad experiment, pred ktorým je výsledok presne neznámy.

Pojem entropia prvýkrát zaviedol do vedy Clausius v roku 1865 ako logický vývoj Carnotovej termodynamiky.

Ale tento koncept charakterizujem ako mieru chaosu. Podľa mňa je to momentálne najoptimálnejšia téma, pretože je úplne spojená so životom. Entropia je vo všetkom. V prírode, v človeku, v rôznych vedách. Aj narodenie človeka v maternici začína chaosom. Entropia môže byť spojená aj so vznikom planéty, keďže pred objavením sa Boha na Zemi boli všetky prírodné javy a všetko, čo bolo na planéte, vo vysokom stupni entropie. Po siedmich dňoch však planéta získala usporiadaný vzhľad, to znamená, že všetko zapadlo na svoje miesto.

Na základe mojich zistení by som chcel tento jav podrobnejšie rozobrať a takpovediac znížiť entropiu chápania tohto javu.

Entropia Vesmíru je veličina, ktorá charakterizuje stupeň neusporiadanosti a tepelný stav Vesmíru. Klasická definícia entropie a spôsob jej výpočtu nie sú pre Vesmír vhodné, keďže v ňom pôsobia gravitačné sily a samotná látka netvorí uzavretý systém. Dá sa však dokázať, že celková entropia je v sprievodnom objeme zachovaná.

V relatívne pomaly sa rozširujúcom vesmíre je entropia v comovingovom objeme zachovaná a entropia sa rádovo rovná počtu fotónov.

Zákon zachovania entropie vo vesmíre

Vo všeobecnom prípade má prírastok vnútornej energie tvar:

Zoberme si, že chemický potenciál častíc má rovnakú hodnotu a opačné znamienko:

Ak expanziu považujeme za rovnovážny proces, potom posledný výraz možno použiť na sprievodný objem (V∝a3(\displaystyle V\propto a^(3)) , kde a(\displaystyle a) je "polomer" vesmíru). V sprievodnom objeme však zostáva rozdiel medzi časticami a antičasticami. Vzhľadom na túto skutočnosť máme:

Ale príčinou zmeny objemu je expanzia. Ak teraz, berúc do úvahy túto okolnosť, rozlišujeme posledný výraz vzhľadom na čas:

Teraz, ak nahradíme rovnicu kontinuity zahrnutú v systéme:

To znamená, že entropia v sprievodnom objeme je zachovaná.

Korunovácia Fridricha v kostole hradu Königsberg

Friedrich, syn Fridricha Wilhelma, brandenburského kurfirsta, prezývaného Veľký kurfirst, sa narodil v Königsbergu 11. júla 1657 z prvej manželky svojho otca Louise Henriety. Smrť jeho staršieho brata Karla-Emila v roku 1674 mu otvorila cestu ku korune.

Slabé zdravie, bez chrbtice, ľahko ovplyvniteľný, mal sklony k okázalosti a lesku. Všetci historici zaznamenávajú výrazný rozdiel medzi ním a jeho otcom - rozdiel v charaktere, názoroch a ašpiráciách. Lavis trefne nazýva Friedricha márnotratným synom v rodine lakomcov. Spolu s vášňou pre luxus bolo uctievanie všetkého francúzskeho Fridricha III. Deutsch-französische Modegeist z roku 1689 hovorí: „Teraz musí byť všetko francúzske: francúzsky jazyk, francúzske oblečenie, francúzska kuchyňa, jedlá, francúzske tance, francúzska hudba a francúzska choroba. Pyšný, ľstivý, skazený francúzsky duch Nemcov úplne ukolísal. Na údržbu dvora sa vynakladalo až 820 000 toliarov ročne, teda len o 10 000 toliarov menej ako na údržbu celej civilnej správy štátu. Fridrich II charakterizoval svojho starého otca slovami: "Veľký v malých skutkoch a malý vo veľkých."

Najúčinnejší cyklus tepelného motora je Carnotov tepelný cyklus. Pozostáva z dvoch izotermických a dvoch adiabatických procesov. Druhý termodynamický zákon hovorí, že nie všetko teplo dodávané do tepelného motora sa dá využiť na prácu. Účinnosť takého motora, ktorý realizuje Carnotov cyklus, udáva hraničnú hodnotu tej jeho časti, ktorú možno na tieto účely použiť.

Niekoľko slov o reverzibilite fyzikálnych procesov

Fyzikálny (a v užšom zmysle termodynamický) proces v určitom systéme telies (vrátane pevných látok, kvapalín, plynov) je reverzibilný, ak je po jeho vykonaní možné obnoviť stav, v ktorom bol systém predtým. začalo to. Ak sa na konci procesu nemôže vrátiť do pôvodného stavu, potom je to nezvratné.

Reverzibilné procesy sa v prírode nevyskytujú. Ide o idealizovaný model reality, akýsi nástroj na jej štúdium vo fyzike. Príkladom takéhoto procesu je Carnotov cyklus. Ideálny tepelný stroj je modelom skutočného systému, ktorý implementuje proces, ktorý nesie meno francúzskeho fyzika Sadiho Carnota, ktorý ho ako prvý opísal.

Čo spôsobuje nezvratnosť procesov?

Medzi faktory, ktoré k tomu vedú, patria:

• teplo prúdi zo zdroja tepla k spotrebiteľovi pri konečnom teplotnom rozdiele medzi nimi;
• neobmedzená expanzia plynu;
• zmiešanie dvoch plynov;
• trenie;
• prechod elektrického prúdu cez odpor;
• nepružná deformácia;
• chemické reakcie.

Proces je nezvratný, ak je prítomný niektorý z týchto faktorov. Ideálny Carnotov cyklus je reverzibilný proces.

Vnútorne a externe reverzibilné procesy

Keď sa proces uskutočňuje, faktory jeho nezvratnosti môžu byť v rámci samotného systému telies, ako aj v jeho blízkosti. Nazýva sa vnútorne reverzibilný, ak je možné systém obnoviť do rovnakého rovnovážneho stavu, v ktorom bol na začiatku. Zároveň v ňom nemôžu existovať faktory nezvratnosti, kým uvažovaný proces trvá.

Ak v procese nie sú žiadne nezvratné faktory mimo hraníc systému, potom sa nazýva externe reverzibilný.

O procese sa hovorí, že je úplne reverzibilný, ak je vnútorne aj zvonka reverzibilný.

Čo je Carnotov cyklus?

V tomto procese, realizovanom ideálnym tepelným motorom, pracovná tekutina - ohriaty plyn - vykonáva mechanickú prácu v dôsledku tepla prijatého z vysokoteplotného tepelného zásobníka (ohrievača) a tiež odovzdáva teplo do nízkoteplotného tepelného zásobníka ( chladnička).

Carnotov cyklus je jedným z najznámejších reverzibilných cyklov. Pozostáva zo štyroch reverzibilných procesov. A hoci sú takéto cykly v praxi nedosiahnuteľné, stanovujú hornú hranicu výkonu reálnych cyklov. Teoreticky sa ukazuje, že tento priamy cyklus uskutočňuje premenu tepelnej energie (tepla) na mechanickú prácu s maximálnou možnou účinnosťou.

Ako ideálny plyn prechádza Carnotovým cyklom?

Predstavte si ideálny tepelný motor obsahujúci valec s plynom a piestom. Štyri reverzibilné procesy cyklu prevádzky takéhoto stroja sú:

1. Reverzibilná izotermická expanzia. Na začiatku procesu má plyn vo valci teplotu T H. Cez steny valca sa dostáva do kontaktu s ohrievačom, ktorý má oproti plynu nekonečne malý teplotný rozdiel. V dôsledku toho chýba zodpovedajúci faktor nevratnosti v podobe konečného teplotného rozdielu a dochádza k reverzibilnému procesu prenosu tepla z ohrievača do pracovnej tekutiny - plynu. Jeho vnútorná energia rastie, pomaly expanduje, pričom vykonáva prácu piestu a zostáva na konštantnej teplote TH . Celkové množstvo tepla, ktoré ohrievač odovzdá plynu počas tohto procesu, sa rovná Q H, ale len časť z neho sa následne premení na prácu.

2. Reverzibilná adiabatická expanzia. Ohrievač sa odstráni a plyn z Carnotovho cyklu pomaly ďalej adiabaticky expanduje (s konštantnou entropiou) bez prenosu tepla cez steny valca alebo cez piest. Jeho práca na pohybe piestu vedie k zníženiu vnútornej energie, čo sa prejavuje poklesom teploty z TH na TL. Ak predpokladáme, že sa piest pohybuje bez trenia, potom je proces reverzibilný.

3. Reverzibilná izotermická kompresia. Valec sa privedie do kontaktu s kondenzátorom s teplotou TL. Piest sa začne tlačiť späť vonkajšou silou, ktorá vykonáva prácu na stláčaní plynu. Zároveň zostáva jeho teplota rovná TL a proces vrátane prenosu tepla z plynu do chladničky a kompresie zostáva reverzibilný. Celkové množstvo tepla odvedeného z plynu do chladničky sa rovná Q L .

4. Reverzibilná adiabatická kompresia. Chladnička sa vyberie a plyn sa pomaly ďalej stláča adiabatickým spôsobom (pri konštantnej entropii). Jeho teplota stúpne z T L na T H. Plyn sa vráti do pôvodného stavu, čím sa cyklus dokončí.

Carnotove princípy

Ak sú procesy, ktoré tvoria Carnotov cyklus tepelného motora, reverzibilné, potom sa nazýva reverzibilný tepelný motor. Inak tu máme jeho nezvratnú verziu. V praxi sú to všetky tepelné motory, pretože v prírode neexistujú reverzibilné procesy.

Carnot sformuloval princípy, ktoré sú dôsledkom druhého zákona termodynamiky. Vyjadrujú sa takto:

1. Účinnosť nereverzibilného tepelného motora je vždy nižšia ako účinnosť reverzibilného motora pracujúceho z rovnakých dvoch zásobníkov tepla.

2. Účinnosti všetkých reverzibilných tepelných motorov pracujúcich z tých istých dvoch zásobníkov tepla sú rovnaké.

To znamená, že účinnosť reverzibilného tepelného motora nezávisí od použitej pracovnej tekutiny, jej vlastností, trvania pracovného cyklu a typu tepelného motora. Je to funkcia iba teploty nádrží:

kde Q L je teplo odovzdané do nízkoteplotného zásobníka, ktorý má teplotu T L; Q H je teplo odovzdané z vysokoteplotného zásobníka, ktorý má teplotu T H; g, F - ľubovoľné funkcie.

Carnotov tepelný motor

Nazýva sa taký tepelný motor, ktorý pracuje na reverzibilnom Carnotovom cykle. Tepelná účinnosť akéhokoľvek tepelného motora, reverzibilného alebo nevratného, ​​je definovaná ako

η th \u003d 1 - Q L /Q H,

kde Q L a Q H sú množstvá tepla prenesené v cykle do nízkoteplotného zásobníka pri teplote TL a z vysokoteplotného zásobníka s teplotou TN. Pri reverzibilných tepelných motoroch možno tepelnú účinnosť vyjadriť ako absolútne teploty dvoch zásobníkov:

η th \u003d 1 - T L / T H.

Účinnosť Carnotovho tepelného motora je najvyššia účinnosť, ktorú môže tepelný motor dosiahnuť prevádzkou medzi vysokoteplotným zásobníkom pri teplote TH a nízkoteplotným zásobníkom pri teplote TL. Všetky nevratné tepelné motory pracujúce medzi rovnakými dvoma zásobníkmi majú nižšiu účinnosť.

spätný proces

Uvažovaný cyklus je úplne reverzibilný. Jeho chladiarenskú verziu je možné dosiahnuť obrátením všetkých procesov v ňom zahrnutých. V tomto prípade sa na vytvorenie teplotného rozdielu využíva práca Carnotovho cyklu, t.j. termálna energia. Počas spätného cyklu sa množstvo tepla Q L plynu prijíma z nízkoteplotného zásobníka a množstvo tepla Q H sa im odovzdáva vo vysokoteplotnom zásobníku tepla. Na dokončenie cyklu je potrebná energia W net,in. Rovná sa ploche obrázku ohraničenej dvoma izotermami a dvoma adiabatmi. PV diagramy priameho a reverzného Carnotovho cyklu sú znázornené na obrázku nižšie.

Chladnička a tepelné čerpadlo

Chladnička alebo tepelné čerpadlo, ktoré implementuje reverzný Carnotov cyklus, sa nazýva Carnotova chladnička alebo Carnotovo tepelné čerpadlo.

Účinnosť reverzibilnej alebo nevratnej chladničky (η R) alebo tepelného čerpadla (η HP) je definovaná ako:

kde Q H je množstvo tepla odvedeného do vysokoteplotného zásobníka;
Q L je množstvo tepla prijatého z nízkoteplotného zásobníka.

V prípade reverzibilných chladničiek alebo tepelných čerpadiel, ako sú chladničky Carnot alebo tepelné čerpadlá Carnot, možno účinnosť vyjadriť v absolútnych teplotách:

kde TH = absolútna teplota vo vysokoteplotnej nádrži;
T L = absolútna teplota v nízkoteplotnej nádrži.

η R (alebo η HP) sú najvyššie účinnosti chladničky (alebo tepelného čerpadla), ktoré môžu dosiahnuť pri prevádzke medzi nádržou s vysokou teplotou pri TH a nádržou s nízkou teplotou pri TL . Všetky nereverzibilné chladničky alebo tepelné čerpadlá pracujúce medzi rovnakými dvoma nádržami majú nižšiu účinnosť.

chladnička pre domácnosť

Základná myšlienka domácej chladničky je jednoduchá: využíva odparovanie chladiva na absorbovanie tepla z chladeného priestoru v chladničke. Každá chladnička má štyri hlavné časti:

• Kompresor.
• Rúrkový radiátor mimo chladničky.
• Expanzný ventil.
• Potrubie na výmenu tepla vo vnútri chladničky.

Reverzný Carnotov cyklus počas prevádzky chladničky sa vykonáva v nasledujúcom poradí:

• adiabatická kompresia. Kompresor stláča pary chladiva, čím zvyšuje ich teplotu a tlak.
• Izotermická kompresia. Vysokoteplotné a kompresorom stlačené pary chladiva odvádzajú teplo do okolia (vysokoteplotná nádrž), keď prúdi cez chladič mimo chladničky. Pary chladiva kondenzujú (stláčajú) do kvapalnej fázy.
• adiabatická expanzia. Kvapalné chladivo prúdi cez expanzný ventil, aby sa znížil jeho tlak.
• Izotermická expanzia. Studené kvapalné chladivo sa pri prechode cez teplovýmenné rúrky vo vnútri chladničky vyparuje. V procese vyparovania jej vnútorná energia rastie a tento rast je zabezpečený odvodom tepla z vnútra chladničky (nízkoteplotného zásobníka), v dôsledku čoho sa ochladzuje. Plyn potom vstupuje do kompresora, aby bol opäť stlačený. Opačný Carnotov cyklus sa opakuje.

Jedinečnosť. Komentáre

"Teórie a prax" je stránka o moderných poznatkoch. Použitie materiálov T&P je povolené len s predchádzajúcim súhlasom držiteľov autorských práv. Všetky práva na obrázky a texty patria ich autorom. Stránka môže obsahovať obsah, ktorý nie je určený pre osoby mladšie ako 16 rokov.

• o projekte
• mapa stránky
• Kontakty
• Opýtať sa otázku

• Podmienky služby
• Dôvernosť
• Špeciálne projekty
• Facebook
• V kontakte s
• Twitter
• telegram

Prihláste sa na odber T&P

Pošleme vám najdôležitejšie materiály a zbierky T&P. Krátke a bez spamu.

Kliknutím na tlačidlo súhlasíte so spracovaním osobných údajov a súhlasíte so zásadami ochrany osobných údajov.

Čoskoro si uvedomíte, že neuspejete, ale nenechajte sa odradiť: nevyriešili ste Rubikovu kocku, ale ilustrovali ste druhý termodynamický zákon:

Entropia izolovaného systému sa nemôže znížiť.

Postava vo filme Woodyho Allena Whatever Works definuje entropiu ako niečo, čo sťažuje vracanie zubnej pasty späť do tuby. Zaujímavým spôsobom vysvetľuje aj Heisenbergov princíp neistoty, ďalší dôvod, prečo si film pozrieť.

Entropia je mierou neporiadku, chaosu. Pozvali ste priateľov na novoročnú párty, upratali, poumývali podlahu, položili občerstvenie na stôl, usporiadali nápoje. Slovom, všetko zefektívnili a odstránili toľko chaosu, koľko len mohli. Toto je systém s nízkou entropiou.

Všetci si asi viete predstaviť, čo sa stane s bytom, ak sa večierok vydarí: úplný chaos. Ale ráno máte k dispozícii systém s veľkou entropiou.

Na to, aby ste dali byt do poriadku, treba dať do poriadku, teda vynaložiť naň veľa energie. Entropia systému sa znížila, ale nie je v tom žiadny rozpor s druhým termodynamickým zákonom – pridali ste energiu zvonku a tento systém už nie je izolovaný.

Nerovný boj

Jednou z možností konca sveta je tepelná smrť vesmíru v dôsledku druhého termodynamického zákona. Entropia vesmíru dosiahne maximum a nič iné sa v ňom nestane.

Vo všeobecnosti všetko znie dosť otrepane: v prírode majú všetky usporiadané veci sklon k deštrukcii, chaosu. Ale odkiaľ sa potom berie život? Všetky živé organizmy sú neskutočne zložité a usporiadané a celý život nejakým spôsobom bojujú s entropiou (aj keď tá nakoniec vždy zvíťazí).

Všetko je veľmi jednoduché. Živé organizmy v procese života prerozdeľujú okolo seba entropiu, čiže dávajú svoju entropiu všetkému, čo môžu. Napríklad, keď jeme sendvič, krásne objednaný chlieb a maslo premeníme na niečo. Ukazuje sa, že sme dali našu entropiu sendviči, ale vo všeobecnom systéme sa entropia neznížila.

A ak vezmeme Zem ako celok, potom to vôbec nie je uzavretý systém: Slnko nám dodáva energiu na boj s entropiou.