Voiko järjestelmällä olla negatiivinen entropia?

Järjestelmän entropia $ S $ liittyy mahdollisten mikrotilojen määrään $ \ Omega $, jotka järjestelmä voi hyväksyä seuraavalla tavalla:

$$ S = k_B \ log \ Omega $$

Huomaa, että $ \ Omega $ on aina oltava kokonaisluku ja sen on aina oltava vähintään 1; täten $ S $ on aina suurempi tai yhtä suuri kuin nolla.

Nolla-entropiatapauksessa esine on täydellinen nollalämpötilassa oleva kide, jolla on vain yksi mahdollinen mikrotila. (Siten yllä olevan määritelmän tekee mahdolliseksi kolmas termodynamiikan laki.) Kaikissa muissa tilanteissa on useampi kuin yksi mahdollinen mikrotila, joten entropian on oltava suurempi kuin nolla.

Kommentit

• Voimmeko liittää entropian satunnaisuuteen?
• Olettaen, että järjestelmän mikään mikrotila on yhdenmukainen todennäköisyysjakauma, niin kyllä, likimääräinen ” Järjestelmän satunnaisuus ” liittyy sen mikrotilojen kokonaismäärään ja siten entropiaan.
• Tiedämme mitä tapahtui absoluuttisella nollalla, mutta mitä tapahtuu alle 0 K
• Se riippuu lämpötilan määrityksestäsi. Jos verrataan sitä keskimääräiseen hiukkasten kineettiseen energiaan, se on mahdotonta, koska kineettinen energia on aina positiivista. Jos määrität lämpötilaksi 1 / (järjestelmään lisätyn entropian määrä, kun tietty määrä energiaa lisätään), negatiiviset lämpötilat ovat mahdollisia järjestelmissä, jotka muuttuvat järjestäytyneemmiksi (ts. Joissa on vähemmän mikrotiloja), kun energiaa lisätään. Useimmat käytännön esimerkit tällaisista järjestelmistä ovat kuitenkin yleensä melko kuumia, joten tämä lämpötilakäsitys on jossain määrin ei-intuitiivinen.
• Jos hiukkasella voi olla enimmäisraja, lisää energiaa järjestelmä, joka kulkee tietyn pisteen kautta, palvelee yhä useampia hiukkasia (bosoneille) korkeimpaan energiatilaan tai (fermionien tapauksessa) korkeimpaan käytettävissä olevaan energiatilaan. Joukko erottamattomia rappeutuneita hiukkasia (bosonien tapauksessa; fermionien tapauksessa joukko erottamattomia hiukkasia, jotka ovat olennaisesti lukittuna yhteen energiatilaan) on paljon vähemmän satunnainen kuin joukko hiukkasia, joilla on monia mahdollisia energiatiloja. Siten korkeamman energian tiloilla on vähemmän entropiaa.

Mielestäni tarkoitat sitä, että entropia ei muutu palautuvissa prosesseissa, mutta lisääntyy peruuttamattomissa prosesseissa. Tässä mielessä kysymyksesi olisi, voisiko järjestelmän entropia laskea. Kyllä, ehdottomasti! Entropia voi pienentyä järjestelmälle, joka ei ole suljettu. Esimerkiksi Earth vastaanottaa aurinkoenergian Auringon ja hajoaa avaruuteen lämmönä.Koko (suljetun) järjestelmän (Auringon, Maan ja avaruuden) entropia kasvaa aina. Pelkkä maapallon entropia voi kuitenkin todellakin pienentyä. Entropiaa kutsutaan usein kaaoksen mittana, niin järjestys olisi päinvastainen entropialle. Tässä mielessä biologinen elämä ja evoluutio edustavat erittäin järjestäytynyttä ainetta ja siten matalaa entropiaa. Tällainen entropian väheneminen kuin elämän syntyminen ja sen kehitys maapallolla oli mahdollista täsmälleen, koska maapallo yksinään ei ole suljettu järjestelmä, vaan aukkojen kanava lämpönä haihtuvan aurinkoenergian entropian kasvu. Ilman tätä jatkuvaa entropian lisäystä elämä maapallolla olisi mahdotonta. Juuri koko järjestelmän entropian kasvu lisäsi järjestelmän osan entropian vähenemistä tuottaen siten elämää, evoluutiota ja viime kädessä älykkyyttä.

Kommentit

• Jopa suljetussa järjestelmässä entropia voi laskea. Poista vain lämpö esimerkiksi ruumiista.
• @Chester Miller: Voisitteko antaa linkin tai viittauksen ajatukseen siitä, että suljetun järjestelmän entropia voi heikentyä?
• No jokaisella termodynamiikan oppikirjalla on yhtälö $ dS = dq_ {rev} / T $. Mitä päätelette, jos sanoisin, että $ dq_ {rev} $ on negatiivinen tietylle prosessille (kuten ihanteellisen kaasun isoterminen puristus tai kiinteän aineen jäähdytys)?
• @Chester Miller: Esimerkit ovat ei suljettuja järjestelmiä, eivätkä ne vastaa kysymykseeni. En pyydä ideoita tai johtopäätöksiä. Kysyn, voisitko antaa viitteen, jossa todetaan erityisesti, että ” suljetun järjestelmän entropia voi vähentää ”.Syy, miksi pyydän, on, että tällainen järjestelmä rikkoisi suljetussa järjestelmässä kasvavan entropian lakia, enkä ole ’ kuullut tämän lain rikkomisista. Joten jos sinulla on todellisia viitteitä (muita kuin omia vähennyksiäsi), olen ’ kiinnostunut oppimaan.
• Luulen, että meillä on terminologiaongelma täällä. Kun fyysikko puhuu suljetusta järjestelmästä, hän tarkoittaa sitä, jossa ei tapahdu massan, lämmön tai työn vaihtoa ympäristön kanssa; tätä kutsumme insinöörit eristetyksi järjestelmäksi. Tekniikassa (ja useimmissa termokirjoissa) suljettu järjestelmä on sellainen, jossa ei tapahdu massanvaihtoa ympäristön kanssa; lämmönvaihto ja työ ovat sallittuja. Katso seuraava linkki: google.com/…

Kyllä. Kääntäkää kaikkien maailmankaikkeuden hiukkasten nopeus, ja entropia laskee vain alas.

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

kommentit

• Voitteko kuvata sitä selkeämmin?
• [linkki] ( youtu.be/yRvbEoHHx4M?t=36m42s )
• @safesphere Miksi sitten menneisyydellä oli alempi entropia silloin? Ehdotatko, että menneisyyttä ei edes ole olemassa?
• @safesphere Jos eristetty järjestelmä noudatti deterministisiä lakeja, käännä kaikkien siinä olevien hiukkasten nopeudet järjestelmä todellakin aiheuttaisi entropian vain laskevan. Mutta tämä vaatii jälleen, että eristetty järjestelmä on täysin deterministinen.