Воскресенье, 18.02.2018, 19:42
Приветствую Вас, Гость
Главная » 2013 » Март » 26 » Энтропия
01:28
Энтропия
Энтропия

Энтропия описывает сокращение доступной энергии вещества в результате ее передачи. Всем известно, что первый закон термодинамики (или закон сохранения энергии) гласит: энергию невозможно создать или уничтожить. Соответственно, количество энергии в нашей Вселенной всегда остается константой и в настоящее время оно такое же, как было и при ее создании.

Второй закон термодинамики связан с понятием энтропии, которая является мерой порядка или хаоса. Второй закон термодинамики гласит: теплота сама собой может переходить лишь от тела, имеющего большую температуру, к телу с меньшей температурой и никоим образом не может самопроизвольно передаваться в обратном направлении. Для Вселенной в целом энтропия неизменно возрастает. Энтропия порождается всеми процессами и связана с потерей способности совершать работу системой. Рост энтропии — это стихийный процесс. При постоянных энергии и объеме в системе, любое  изменение в ней неизменно увеличит энтропию. При изменении энергии и объема системы энтропия уменьшается, но энтропия Вселенной от этого не уменьшится.

Для использования энергии в системе обязательно должны присутствовать области с высоким и низким уровнями энергии. Энергия не может быть преобразована в работу на 100%. Энтропия может вырабатываться, но не может быть уничтожена!

Как уже было сказано выше, термин «энтропия» используют для описания хаотичности в какой-либо системе. Чем выше значением энтропии, тем более дезорганизована система либо вещество. К примеру, молекулы твердых тел имеют низкое значение энтропии, и они лучше организованы благодаря кристаллической структуре. Если же телу сообщить теплоту и изменить его состояние на жидкое, то увеличивается уровень его энтропии, потому что кинетическая энергия увеличивает колебания молекул и их положение становится случайным.

Также энтропия увеличивается при изменении жидкообразного состояния на газообразное, с участием большого количества тепловой энергии. Такую же аналогию можно провести при описании порядка источников энергии. Энергия, заключенная в ограниченном источнике имеет низкое значение энтропии, но при ее распределении среди большого количества молекул энтропия повышается.

Количество энергии, которая может быть преобразована в работу или теплоту непрерывно уменьшается с течением времени. Иначе говоря, количество энергии во Вселенной всегда остается постоянным, но способность ее использования уменьшается при каждой теплопередаче или выполнении работы. Понятие «энтропия» используют для измерения уменьшения пригодности энергии. Энтропию довольно трудно понять потому, что это абстрактное понятие беспорядка энергии во Вселенной. Неизбежно наступит момент, когда энтропия Вселенной приблизится к максимальному значению, и процесс преобразования теплоты в работу станет просто невозможным.


Энтропия – степень неупорядоченности системы.
Энтропия – мера хаотичности распределения молекул и атомов вещества.

В качестве примера – что такое энтропия. 
При температуре абсолютного нуля (-273,15 °С) энтропия любого вещества равна нулю. Если медленно переводить вещество в любое другое состояние, обратимыми небольшими этапами (даже если при этом вещество изменит свою физическую или химическую природу, распадется на две или большее число частей с различными физическими или химическими характеристиками), то энтропия возрастет на величину, которая определяется делением каждой малой порции тепла, затрачиваемой во время этой операции, на абсолютную температуру, при которой это тепло затрачено, а затем суммированием всех полученных величин. Например, когда вы расплавляете твердое тело, энтропия возрастает на величину теплоты плавления, деленной на температуру при точке плавления. 
Таким образом, единица измерения энтропии – калория на градус (совершенно так же, как калория есть единица измерения тепла или сантиметр есть единица измерения длины).
Ещё один пример определения энтропии. Это связь энтропии со статистической концепцией упорядоченности и неупорядоченности – связь, открытая Больцманом и Гиббсом на основе данных статистической физики. Она также является точной количественной связью и ее можно выразить так:

Энтропия = k×lgD,
где k – постоянная Больцмана, равная 3,2983 •10-24 калорий на градус Цельсия; 
D – количественная мера неупорядоченности атомов в рассматриваемом теле. 


Важно отметить, что постоянная Больцмана может нести иные пары «значения/размерность»:

- 1,386488 10-23 Дж×К-1;
- 1,386488 10-16 эрг×К-1;
- 8,617 3324 10-5 эВ×К-1.

Дать точное объяснение величины D в кратких и неспециальных терминах почти невозможно. Неупорядоченность, которую она выражает, отчасти заключается в тепловом движении, отчасти в том, что атомы и молекулы разного сорта смешиваются чисто случайно вместо того, чтобы быть полностью разделенными. 
Уравнение Больцмана хорошо иллюстрируется следующим примером. Постепенное "распространение” газа по всему объему ёмкости увеличивает неупорядоченность D, и поэтому (поскольку логарифм D возрастает с увеличением D) возрастает и энтропия. Совершенно ясно, что всякий приток тепла извне увеличивает интенсивность теплового движения, то есть, иначе, увеличивает D и таким образом повышает энтропию. Что это именно так и есть, особенно наглядно проявляется тогда, когда вы расплавляете кристалл. При этом нарушается изящное и устойчивое расположение атомов или молекул, и кристаллическая решетка превращается в непрерывно меняющееся случайное распределение атомов. 
Если D – мера неупорядоченности, то обратную величину 1/D можно рассматривать как прямую меру упорядоченности. Поскольку логарифм 1/D есть то же, что и отрицательный логарифм D, мы можем написать уравнение Больцмана таким образом:
– (Энтропия) = k×lg×(1/D).
Теперь неуклюжее выражение отрицательная энтропия можно заменить более изящным: энтропия, взятая с отрицательным знаком, есть сама по себе мера упорядоченности.
Упорядоченность = k×lg×(1/D).

где k – постоянная Больцмана, равная 3,2983 •10-24 калорий на градус Цельсия; 
D – количественная мера неупорядоченности атомов в рассматриваемом теле.
Изолированная система или система в однородных условиях (для наших рассуждений ее лучше учитывать как часть рассматриваемой системы) увеличивает свою энтропию и более или менее быстро приближается к инертномy состоянию максимальной энтропии. В этом, один из основных законов физики:
естественное стремление материи приближаться к хаотическому состоянию, если мы не препятствуем этому. 
И в тоже время, стремление к хаотическому состоянию, состоянию с максимальной энтропией, максимальной неупорядоченностью, реализуется одновременно с ещё одним свойством  материи – стремление к Самосохранению. Материя всегда «стремиться  избежать» перехода в энергию согласно закону: 
E=mc²
где  E – энергия объекта,
m – масса объекта, 
c – скорость света в вакууме, равная 299 792 458 м/с.

Приведу два примера.
1. Если камень бросить с высоты – он расколется на части, которые «рационально, равномерно разберут» на себя кинетическую энергию и останутся в виде материи, но только «самосохранившейся» в нескольких кусках. Не происходит такого распределения энергии, при котором один атом камня «аккумулирует» себе всю кинетическую энергию падения и затем, вследствие внутриядерных сил,  «разлетится, взорвётся, рассеется» в виде энергии согласно вышеуказанной формуле.
2. молекулы жидкости, обладающие наибольшей энергией «стремятся высвободить» свою энергию вне общей массы жидкости (вскипеть), то есть вынести свою «разъединяющую» энергию за пределы совокупности таких же, молекул, тем самым предоставляя большую вероятность  имеющегося агрегатного состояния.

Таким образом, Материя стремится  к максимальной энтропизации (хаосу, неупорядоченности) в «рациональном» пределе (E≠mc²) превращения в свою противоположность – энергию.

В мире живой материи стремление к Самосохранению материя проявляет посредством совершенствования организации живой особи – «эволюции».
В живом организме материя организована таким образом, чтобы максимально долго сохранить себя в данном состоянии – особи. Иными словами, особь – отдельный, конкретный эволюционный вариант Самосохранения материи. Степень совершенства, модернизации,  универсальности такого варианта организации материи обуславливает степень вероятности самосохранения материи в форме данной особи.

Просмотров: 78752 | Добавил: Adm | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]