Энтрапія - гэта ... Паняцце энтрапіі. стандартная энтрапія

Энтрапія - гэта слова, якое многія чулі, але мала хто разумее. І ці варта прызнаць, што да канца ўсвядоміць усю сутнасць гэтай з'явы сапраўды складана. Аднак гэта не павінна нас палохаць. Вельмі многае з таго, што нас акружае, мы, па сутнасці, растлумачыць можам толькі павярхоўна. І гаворка не ідзе пра ўспрыманне або веданні нейкага канкрэтнага індывіда. Няма. Мы гаворым пра ўсю сукупнасці навуковых ведаў, якімі валодае чалавецтва.

Сур'ёзныя прабелы маюцца не толькі ў ведах галактычных маштабаў, напрыклад, у пытаннях пра чорных дзюрах і чарвяточыны, але і ў тым, што акружае нас пастаянна. Напрыклад, да гэтага часу вядуцца спрэчкі аб фізічнай прыродзе святла. А хто можа раскласці па палічках паняцце часу? Падобных пытанняў - вялікае мноства. Але ў гэтым артыкуле гаворка пойдзе менавіта пра энтрапіі. Многія гады навукоўцы б'юцца над паняццем "энтрапія". Хімія і фізіка рука аб руку ідуць у вывучэнні гэтага загадкавага з'явы. Мы пастараемся высветліць, што ж стала вядома да нашага часу.

Ўвядзенне паняцця ў навуковым коле

Упершыню паняцце энтрапіі ў сераду спецыялістаў увёў выбітны нямецкі матэматык Рудольф Юліус Эмануэль Клаузиус. Калі казаць простай мовай, навуковец вырашыў высветліць, куды дзяецца энергія. У якім сэнсе? Для ілюстрацыі не будзем звяртацца да шматлікіх доследам і складаным спекуляцый матэматыка, а возьмем прыклад, больш знаёмы нам па паўсядзённым жыцці.

Вам павінна быць выдатна вядома, што калі вы зараджае, скажам, акумулятар мабільнага тэлефона, колькасць энергіі, якое акумулюецца ў элементы сілкавання, будзе менш рэальна атрыманай ад сеткі. Адбываюцца пэўныя страты. І ў паўсядзённым жыцці мы да гэтага прывыклі. Але справа ў тым, што падобныя страты адбываюцца і ў іншых замкнёных сістэмах. А для фізікаў-матэматыкаў гэта ўжо ўяўляе сур'ёзную праблему. Даследаваннем гэтага пытання і займаўся Рудольф Клаузиус.

У выніку ён вывеў надзвычай цікавыя факты. Калі мы, зноў-такі, прыбярэм складаную тэрміналогію, ён звядзецца да таго, што энтрапія - гэта розніца паміж ідэальным і рэальным працэсам.

Уявіце, што вы валодаеце крамай. І вы атрымалі пад рэалізацыю 100 кілаграм грэйпфрутаў па цане 10 тугрыкаў за кілаграм. Паставіўшы нацэнку ў 2 тугрыкаў на кіло, вы ў выніку продажу атрымаеце 1200 тугрыкаў, аддасце пакладзеную суму пастаўшчыку і пакінеце сабе прыбытак у памеры двухсот тугрыкаў.

Дык вось, гэта было апісанне працэсу ідэальнага. І любы гандляр ведае, што да таго часу, як прададуцца ўсе грэйпфруты, яны паспеюць ўсохнуць на 15 адсоткаў. А 20 адсоткаў і зусім згніюць, і іх прыйдзецца проста спісаць. А вось гэта ўжо працэс рэальны.

Дык вось, паняцце энтрапіі, якое ўвёў у матэматычную сераду Рудольф Клаузиус, вызначаецца як ўзаемасувязь сістэмы, у якой прырост энтрапіі залежыць ад стаўлення тэмпературы сістэмы да значэння абсалютнага нуля. Па сутнасці, яно паказвае значэнне адпрацаванай (страчанай) энергіі.

Паказчык меры хаосу

Яшчэ можна з некаторай доляй упэўненасці сцвярджаць, што энтрапія - гэта мера хаосу. То бок, калі ўзяць у якасці мадэлі замкнёнай сістэмы пакой звычайнага школьніка, то не прыбраная на месца школьная форма будзе ўжо характарызаваць некаторую энтрапію. Але яе значэнне ў гэтай сітуацыі будзе невялікім. А вось калі ў дадатак да гэтага раскідаць цацкі, прынесці з кухні папкорн (натуральна, трохі выпусціўшы) і пакінуць у беспарадку на стале ўсе падручнікі, то энтрапія сістэмы (а ў дадзеным канкрэтным выпадку - гэтага пакоя) рэзка падвысіцца.

складаныя матэрыі

Энтрапія рэчывы - вельмі складаны для апісання працэс. Многія навукоўцы на працягу апошняга стагоддзя ўнеслі свой уклад у вывучэнне механізму яе працы. Прычым паняцце энтрапіі выкарыстоўваюць не толькі матэматыкі і фізікі. Яна таксама займае заслужанае месца ў хіміі. А некаторыя ўмельцы з яе дапамогай тлумачаць нават псіхалагічныя працэсы ў адносінах паміж людзьмі. Прасочым розніцу ў фармулёўках трох фізікаў. Кожная з іх раскрывае энтрапію з другога боку, а іх сукупнасць дапаможа нам намаляваць для сябе больш цэласную карціну.

зацвярджэнне Клаузиуса

Немагчымы працэс пераходу цеплыні ад цела з больш нізкай тэмпературай да цела з больш высокай.

Пераканацца ў гэтым пастулаце нескладана. Вы ніколі не зможаце лядоўнямі рукамі сагрэць, скажам, замерзлага маленькага шчанюка, як бы вам ні хацелася яму дапамагчы. Таму прыйдзецца засунуць яго за пазуху, дзе тэмпература вышэй, чым у яго ў дадзены момант.

зацвярджэнне Томсана

Немагчымы працэс, вынікам якога было б здзяйсненне працы за кошт цеплыні, ўзятай ад аднаго нейкага цела.

А калі зусім проста, то гэта азначае, што фізічна немагчыма сканструяваць вечны рухавік. Не дазволіць энтрапія замкнёнай сістэмы.

зацвярджэнне Больцмана

Энтрапія не можа змяншацца ў замкнёных сістэмах, гэта значыць у тых, што не атрымліваюць знешняй энергетычнай падсілкоўвання.

Гэтая фармулёўка пахіснула веру многіх прыхільнікаў тэорыі эвалюцыі і прымусіла іх сур'ёзна задумацца аб наяўнасці ў Сусвету разумнага Творцы. Чаму?

Таму што па змаўчанні ў замкнёнай сістэме энтрапія заўсёды павялічваецца. А значыць, пагаршаецца хаос. Паменшыць яе можна толькі дзякуючы знешняй энергетычнай падсілкоўванню. І гэты закон мы назіраем кожны дзень. Калі не даглядаць за садам, домам, машынай і т. Д., То яны папросту прыйдуць у непрыдатнасць.

У мегамасштабах наша Сусвет - таксама замкнёная сістэма. І навукоўцы прыйшлі да высновы, што само наша існаванне павінна сведчыць аб тым, што аднекуль гэтая знешняя падсілкоўванне энергіяй адбываецца. Таму сёння нікога не здзіўляе тое, што астрафізікі вераць у Бога.

Страла часу

Яшчэ адну вельмі дасціпную ілюстрацыю энтрапіі можна прадставіць у выглядзе стралы часу. Гэта значыць энтрапія паказвае, у які бок будзе рухацца працэс у фізічным стаўленні.

І сапраўды, наўрад ці, даведаўшыся пра звальненне садоўніка, вы будзеце чакаць, што тэрыторыя, за якую ён адказваў, стане больш акуратнай і дагледжанай. Як раз наадварот - калі не наняць іншага работніка, праз нейкі час нават самы прыгожы сад прыйдзе ў запусценне.

Энтрапія ў хіміі

У дысцыпліне "Хімія" энтрапія з'яўляецца важным паказчыкам. У некаторых выпадках яе значэнне ўплывае на праходжанне хімічных рэакцый.

Хто не бачыў кадраў з мастацкіх фільмаў, у якіх героі вельмі акуратна пераносілі ёмістасці з нітрагіцэрын, баючыся справакаваць выбух неасцярожным рэзкім рухам? Гэта было наглядным дапаможнікам да прынцыпу дзеяння энтрапіі ў хімічным рэчыве. Калі б яе паказчык дасягнуў крытычнай адзнакі, то пачалася б рэакцыя, у выніку якой адбываецца выбух.

парадак бязладзіцы

Часцей за ўсё сцвярджаюць, што энтрапія - гэта імкненне да хаосу. Наогул слова «энтрапія» азначае ператварэнне або паварот. Мы ўжо казалі, што яно характарызуе дзеянне. Вельмі цікавая ў гэтым кантэксце энтрапія газу. Давайце паспрабуем прадставіць, як яна адбываецца.

Бярэм замкнёную сістэму, якая складаецца з двух злучаных ёмістасцяў, у кожнай з якіх знаходзіцца газ. Ціск у ёмістасцях, пакуль яны не былі герметычна злучаныя паміж сабой, было розным. Уявіце, што адбылося на малекулярным узроўні, калі іх злучылі.

Натоўп малекул, якая знаходзілася пад больш моцным ціскам, тут жа накіравалася да сваіх субратам, якія жылі да таго досыць прывольна. Тым самым яны павялічылі там ціск. Гэта можна параўнаць з тым, як плёскаецца вада ў ваннай. Набегшы на адзін бок, яна тут жа накіроўваецца да іншай. Гэтак жа і нашы малекулы. І ў нашай ідэальна ізаляванай ад знешняга ўздзеяння сістэме яны будуць штурхацца да таго часу, пакуль ва ўсім аб'ёме не ўсталюецца бездакорнае раўнавагу. І вось, калі вакол кожнай малекулы будзе роўна столькі ж прасторы, колькі і ў суседняй, усё супакоіцца. І гэта будзе найвышэйшая энтрапія ў хіміі. Павароты і ператварэння спыняцца.

стандартная энтрапія

Навукоўцы не пакідаюць спробаў ўпарадкаваць і класіфікаваць нават беспарадак. Так як значэнне энтрапіі залежыць ад мноства спадарожных умоў, было ўведзена паняцце «стандартная энтрапія». Значэння гэтых стандартаў зведзены ў спецыяльныя табліцы, каб можна было лёгка праводзіць вылічэнні і вырашаць разнастайныя прыкладныя задачы.

Па змаўчанні значэння стандартнай энтрапіі разглядаюць пры ўмовах ціску ў адну атмасферу і тэмпературы ў 25 градусаў Цэльсія. Пры павышэнні тэмпературы гэты паказчык таксама расце.

Коды і шыфры

Існуе яшчэ і інфармацыйная энтрапія. Яна закліканая дапамагаць у шыфроўкі Кадаваць пасланняў. У дачыненні да інфармацыі энтрапія - гэта значэнне верагоднасці прадказальнасці інфармацыі. А калі зусім простай мовай, то гэта тое, наколькі лёгка будзе ўзламаць перахопленых шыфр.

Як гэта працуе? На першы погляд здаецца, што без хоць якіх-небудзь зыходных дадзеных зразумець закадаванае пасланьне нельга. Але гэта не зусім так. Тут у справу ўступае верагоднасць.

Уявіце сабе старонку з шыфрованым пасланнем. Вам вядома, што выкарыстоўваўся рускую мову, але сімвалы абсалютна незнаёмыя. З чаго пачаць? Падумайце: якая верагоднасць таго, што на гэтай старонцы сустрэнецца літара «Коммерсанта»? А магчымасць натрапіць на літару «о»? Сістэму вы зразумелі. Вылічваюцца сімвалы, якія сустракаюцца часцей за ўсё (і радзей за ўсё - гэта таксама немалаважны паказчык), і супастаўляюцца з асаблівасцямі мовы, на якой было складзена пасланне.

Акрамя таго, існуюць частыя, а ў некаторых мовах і нязменныя спалучэнні гукаў. Гэтыя веды таксама выкарыстоўваюцца для расшыфроўкі. Дарэчы, менавіта гэты спосаб выкарыстаў знакаміты Шэрлак Холмс у апавяданні «прабіваліся чалавечкі». Такім жа чынам ўзломвалі коды напярэдадні Другой сусветнай вайны.

А інфармацыйная энтрапія закліканая павялічыць надзейнасць кадоўкі. Дзякуючы выведзеным формулах матэматыкі могуць аналізаваць і паляпшаць прапанаваныя шифровщиками варыянты.

Сувязь з цёмнай матэрыяй

Тэорый, якія пакуль толькі чакаюць свайго пацверджання, вялікае мноства. Адна зь іх зьвязвае з'ява энтрапіі з параўнальна нядаўна адкрытай цёмнай матэрыяй. Яна абвяшчае, што страчаная энергія проста пераўтворыцца ў цёмную. Астраномы дапускаюць, што ў нашай Сусвету ўсяго 4 працэнты прыпадае на вядомую нам матэрыю. А астатнія 96 адсоткаў занятыя нявывучанасці на дадзены момант - цёмнай.

Такую назву яна атрымала з-за таго, што не ўзаемадзейнічае з электрамагнітным выпраменьваннем і ня выпускае яго (як усе вядомыя да гэтага часу аб'екты ў Сусвеце). А таму на дадзеным этапе развіцця навукі вывучэнне цёмнай матэрыі і яе уласцівасцяў не ўяўляецца магчымым.