Kann ein System eine negative Entropie haben?

Die Entropie $ S $ eines Systems hängt mit der Anzahl möglicher Mikrozustände $ \ Omega $ zusammen, die ein System auf folgende Weise annehmen kann:

$$ S = k_B \ log \ Omega $$

Beachten Sie, dass $ \ Omega $ immer eine ganze Zahl sein muss und immer mindestens 1 sein muss. Daher ist $ S $ immer größer oder gleich Null.

Im Fall der Nullentropie ist das Objekt ein perfekter Kristall bei Nulltemperatur, der nur einen möglichen Mikrozustand aufweist. (Somit wird die obige Definition durch den dritten Hauptsatz der Thermodynamik ermöglicht.) Jede andere Situation hat mehr als einen möglichen Mikrozustand, daher muss die Entropie größer als Null sein.

Kommentare

• Können wir die Entropie mit Zufälligkeit korrelieren?
• Unter der Annahme einer einheitlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung des Systems in einem Mikrozustand, dann ja, die ungefähre “ Zufälligkeit “ eines Systems hängt mit seiner Gesamtzahl an Mikrozuständen und damit mit der Entropie zusammen.
• Wir wissen, was bei absolutem Null passiert ist, aber Was passiert unter 0K?
• Dies hängt von Ihrer Definition der Temperatur ab. Wenn Sie es mit der durchschnittlichen kinetischen Energie der Partikel in Beziehung setzen, ist dies unmöglich, da die kinetische Energie immer positiv ist. Wenn Sie die Temperatur als 1 / definieren (die Menge an Entropie, die dem System hinzugefügt wird, wenn eine bestimmte Energiemenge hinzugefügt wird), sind negative Temperaturen in Systemen möglich, die geordneter werden (d. H. Weniger Mikrozustände haben), wenn Energie hinzugefügt wird. Die meisten praktischen Beispiele für solche Systeme sind jedoch im Allgemeinen ziemlich heiß, so dass dieser Temperaturbegriff nicht intuitiv ist.
• Wenn eine Obergrenze für die Energiemenge besteht, die ein Partikel haben kann, wird Energie hinzugefügt Ein System an einem bestimmten Punkt dient dazu, immer mehr Teilchen in (für Bosonen) den höchsten Energiezustand oder (bei Fermionen) den höchsten verfügbaren Energiezustand zu packen. Ein Bündel nicht unterscheidbarer entarteter Teilchen (im Fall von Bosonen; im Fall von Fermionen ein Bündel nicht unterscheidbarer Teilchen, die im Wesentlichen in einem Energiezustand eingeschlossen sind) ist viel weniger zufällig als ein Bündel von Teilchen, die viele mögliche Energiezustände aufweisen. Daher haben Zustände mit höherer Energie weniger Entropie.

Ich denke, Sie meinen, dass die Entropie ändert sich nicht für reversible Prozesse, sondern erhöht sich für irreversible Prozesse. In diesem Sinne wäre Ihre Frage, ob die Entropie eines Systems abnehmen kann. Ja, absolut! Die Entropie kann für ein System, das nicht geschlossen ist, abnehmen. Zum Beispiel Erde Empfängt die Sonnenenergie der Sonne und wird als Wärme in den Weltraum abgegeben. Die Entropie des gesamten (geschlossenen) Systems (Sonne, Erde und Weltraum) nimmt immer zu. Die Entropie auf der Erde allein kann jedoch tatsächlich abnehmen. Die Entropie wird häufig bezeichnet Als Maß für das Chaos wäre Ordnung also das Gegenteil von Entropie. In diesem Sinne stellen biologisches Leben und Evolution eine hoch organisierte Materie und daher eine niedrige Entropie dar. Eine solche Verringerung der Entropie wie die Entstehung des Lebens und seine Entwicklung auf der Erde war genau deshalb möglich, weil die Erde allein kein geschlossenes System ist, sondern eine Leitung eines Ungeheuers Entropiezunahme der als Wärme abführenden Sonnenenergie. Ohne diese konstante Entropie wäre eine Erhöhung des Lebens auf der Erde unmöglich. Es ist genau die Entropiezunahme im gesamten System, die es der Entropie im Teil des Systems ermöglichte, abzunehmen, wodurch Leben, Evolution und letztendlich Intelligenz erzeugt wurden.

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• Selbst in einem geschlossenen System kann die Entropie abnehmen. Nehmen Sie zum Beispiel einfach Wärme von einem Körper ab.
• @Chester Miller: Könnten Sie bitte einen Link oder einen Verweis auf die Idee geben, dass die Entropie eines geschlossenen Systems abnehmen kann?
• Nun hat jedes Lehrbuch zur Thermodynamik die Gleichung $ dS = dq_ {rev} / T $. Was würden Sie daraus schließen, wenn ich Ihnen sagen würde, dass $ dq_ {rev} $ für einen bestimmten Prozess negativ ist (z. B. isotherme Komprimierung eines idealen Gases oder Abkühlen eines Feststoffs)?
• @Chester Miller: Ihre Beispiele sind keine geschlossenen Systeme und sie beantworten meine Frage nicht. Ich bitte nicht um Ideen oder Schlussfolgerungen. Ich frage Sie, ob Sie eine Referenz angeben können, die ausdrücklich besagt, dass “ die Entropie eines geschlossenen Systems “ verringern kann.Der Grund, den ich frage, ist, dass ein solches System gegen das Gesetz der Entropie verstoßen würde, die in einem geschlossenen System zunimmt, und ich habe ‚ nichts von Verstößen gegen dieses Gesetz gehört. Wenn Sie also eine tatsächliche Referenz haben (außer Ihren eigenen Abzügen), wäre ich ‚ daran interessiert, dies zu erfahren.
• Ich denke, wir haben hier ein Terminologieproblem. Wenn ein Physiker von einem geschlossenen System spricht, meint er eines, in dem kein Austausch von Masse, Wärme oder Arbeit mit der Umgebung stattfindet. Dies ist, was wir Ingenieure ein isoliertes System nennen. In der Technik (und den meisten Thermobüchern) ist ein geschlossenes System ein System, bei dem kein Massenaustausch mit der Umgebung stattfindet. Wärmeaustausch und Arbeit sind erlaubt. Siehe den folgenden Link: google.com/…

Ja. Kehren Sie die Geschwindigkeit aller Teilchen im Universum um und die Entropie nimmt nur ab.

https://youtu.be/yRvbEoHHx4M?t=39m14s

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• Können Sie es klarer beschreiben?
• [Link] ( youtu.be/yRvbEoHHx4M?t=36m42s )
• @safesphere Warum hatte die Vergangenheit dann eine niedrigere Entropie als jetzt? Schlagen Sie vor, dass die Vergangenheit ‚ nicht einmal existiert?
• @safesphere Wenn das isolierte System deterministischen Gesetzen folgte, dann kehren Sie die Geschwindigkeiten aller Partikel darin um System würde in der Tat dazu führen, dass die Entropie nur sinkt. Aber auch dies würde erfordern, dass das isolierte System perfekt deterministisch ist.