Яндекс.Метрика

Часто задаваемые вопросы

Что люди чаще всего спрашивают у поисковых систем? Что их интересует? Много чего. Так уж устроены люди. Мы решили облегчить Яндексу и Гуглу жизнь и собрать все самой искомое у себя. Итак...

Что такое энтропия?

Значение энтропии

Принцип Больцмана

Теория меры беспорядка

Измерение энтропии

     Термодинамическое значение энтропии

     Термин "энтропия" появился изначально в 1895 - ом. Этот термин был выведен Рудольфом Клаузиусом простым методом, как взаимоотношение общего тепла ΔQ с величиной абсолютной температуры T. Как итог, мы получаем формулу ΔS=ΔQT.

     Если провести параллели, то за пример можно взять простую воду. При нуле градусов вода находится в жидком состоянии, но даже малейшее колебание температуры вниз или влияние внешних факторов погоды может привести к тому, что вода преобразуется в лед, но при этом, продолжая отдавать небольшое количества тепла. Даже если температура останется ноль, но при небольшом влиянии извне состояние вещества все равно изменится, сопровождается этот процесс выделением тепла из -за того, что меняется структура.

Что такое энтропия     С того момента значение величины S получило название термина "энтропия", которое произошло с греческого языка обозначая трансформацию, изменение. Но такое значение подходит больше к понятию термодинамическая энтропия, так как означает в большей части равенство с её изменением, но и не дает ей определение полностью. Формула применяется в изотермическом процессе, который как правило, возникает во время устойчивой температуры без колебаний. Если все сказанное обобщить в случае квазистатического процесса, мы получим формулу: dS=δQT, разбирая которую, мы увидим, что dS — это приращение энтропии какой - либо системы, а δQ — бесконечно маленькое количество теплоты, приобретенное данной системой.

     Обращаем внимание на то, что данная термодинамическая энтропия возникает только при квазистатическом определении, во время которого все состояния равновесия следуют чередой. Энтропия своего рода - это функция состояния, а именно поэтому ее левой стороне находится полный дифференциал. Если подвести итоги по всему сказанному выше, то предельную величину энтропии равновесной системы, стремящейся к нулю, приравнивают к нулевому значению.

     Обозначение энтропии по принципу Больцмана

     В 1877 Людвиг Больцман связал энтропию со статистическим состоянием первый раз. А саму формулировку вывел позже Макс Планк: S=kln(Ω), где константа k=1,38•10−23 Дж/К названа Планком постоянной Больцмана, а Ω — статистический вес состояния. Данный вес может быть одним из количества всевозможных микро состояний, при помощи него это макроскопическое состояние составляется конкретнее.

     Эту формулу Альберт Эйнштейн назвал принципом Больцмана, и она дала старт началу статистической механики, описывающей термодинамические процессы, используя при этом статистическое взаимоотношение всех компонентов системы. Этот принцип взаимно связывает микро особенности значения Ω с одним из её термодинамических свойств (S). Если основываться на примере, то за него можно взять идеальный газ, который размещен в сосуде. Состояние газа определяется в находящейся позиции и импульсы, которого составляют систему атома. Все можно взаимно связать, если микро состояния рассматриваются, как:

• в первом случае - все части газа, его элементы находятся в рамках одного сосуда;

• во втором случае - чтобы получить энергию газа необходимо суммировать кинетическую энергию атомов.

     Именно поэтому, можно точно сказать, что энтропия - это функция точно определенного состояния, где не имеет роли те способы, которыми оно было достигнуто и определяется основными параметрами присущими этому состоянию. Значение Ω есть только натуральное число (1, 2, и так далее), в свою очередь - энтропия Больцмана может быть только неотрицательной, согласно возможностям логарифма.

     Энтропия в теории меры беспорядка

Что такое энтропия     Некоторые ученые подметили, что величина S может выступать мерой беспорядка в системе. Это допустимо, если брать ввиду равномерность системы, имеющей небольшую возможность конфигурирования и беспорядочную систему, которая может иметь массу разных возможных состояний. Одним словом - энтропия была просто напросто переформулирована, и определена как число микро состояний на текущее микро состояние.

     Беря ввиду всё тот же пример, основанный на идеальном газе и его движение молекул. То в его случае есть вероятность того состояния, когда энтропия соответствует максимуму и молекулы распределяются равномерно. Но, не стоит и забывать о "беспорядке", который тоже имеет право быть, благодаря максимальным возможностям трансформации и конфигурации явления.

     Какие существуют границы применения энтропии, как меры беспорядка?

     Такое обозначение беспорядка термодинамической системы, как возможное количество конфигураций системы может соответствовать значению энтропии, если воспринимать её, как число всех микро состояний в текущий момент. Но возникают ошибочные представления, например:

• во -первых, при смешении разных понятий и понимание процесса беспорядка, термин "энтропия" считается в целом, как мера беспорядка;

• и во втором случае, энтропию начинают применять в системах, которые далеки от понятия термодинамики.

     В этих двух случаях можно забыть о применении термодинамической энтропии. Если разбирать оба понятия подробнее, то в первом случае за пример мы можем взять распределение молекул в поле тяготения. Тут можно точно сказать, что молекулы будут распределяться только по формуле Больцмана - барометрической формуле. Еще можно привести пример на основе электромагнитных сил взаимодействующих с ионами и между ними. Состояние в данный момент характерно минимуму свободной энергии, когда кристаллическое состояние упорядочивается, хаос минимизируется. Стоит отметить, что в состоянии хаоса энтропия имеет низкое значение.

     Подробный пример с кристаллической решеткой даст нам конкретный ответ. Решетка находящаяся в двух типичных ей состояниях - в равновесном и в неравновесном. Это характерно термодинамической системе. Неравновесное состояние характеризуется тем, что осцилляторы одинаково отклоняются от положения равновесия. Постепенно это состояние плавно переходит в состояние ТД равновесия, где все отклонения подчиняются распределению по типу Максвелла. В данном случае закон энтропии тут будет проявляться максимально и реализовывать все представленные возможности конфигурирования. Это и есть так называемый беспорядок. Такой же момент возникает и при кристаллизации переохлажденной жидкости. В ней образовываются структуры, возникшие из хаотичной жидкости, которая идет параллельно с ростом энтропии.

Что такое энтропия     Получение кристаллов из переохлажденной жидкости приводит к тому, что энтропия увеличивается согласно с колебанием температуры вверх. Если же кристаллизация вызывает потерю тепла системы, то энтропия наоборот уменьшается.

     Измерение энтропии

     Вымерить ее не так уж и легко, особенно если брать эксперименты, основаны на реальных моментах. В данном случае необходимо быть предельно аккуратным с калориметрией. Чтобы было проще разобраться, лучше всего начать с исследования механической системы, где термодинамическая система исчисляется в таких значениях - объеме V и давление Р. Итак, вначале, мы измеряем теплоемкость, которая возникает в постоянных значениях объема и давления (указанных, как CV и CP), чтобы лучше набрать стартовое состояние и то, которое требуется достичь. Формула CX=T(∂S∂T)X наглядно демонстрирует связь тепловых ёмкостей с энтропией S и с температурой T, а индекс X означает беспрерывные объём и давление. А чтобы получить измененную энтропию, то можно применить формулу: ΔS=∫CXTdT. Можно сделать вывод, что мы выведем понятие энтропии из любого состояния ( Р, V) в соотношении к первичному состоянию (P0,V0). Формула напрямую зависма от того, какое состояние нам необходимо определить. То, есть начальное состояние имеет то же давление, что и конечный его вариант, тогда: S(P,V)=S(P0,V0)+∫T(P,V)T(P0,V0)CP(P,V(T,P))TdT.

     Подводя итоги можно сказать, что если путь лежит между первичным и последним состоянием через любой фазовый переход первого типа, скрытая теплота тоже учитывается.

     Энтропия начального состояния определяется независимо. Лучше всего, если выбрать первичное состояние такое, в котором оно будет в виде газа. Тогда энтропия в данном виде идеальна и подобна энтропии классического идеального газа вместе с взносом от молекулярных колебаний, определяющихся спектроскопическим методом.

 

 

 

Читайте на здоровье!!!