Tudjuk, hogy az entrópia nulla a reverzibilis folyamatoknál, és mindig pozitív az irreverzibilis folyamatoknál. Létezhet-e olyan rendszer, amelynek negatív entrópiája lehet?
Megjegyzések
- Úgy gondolom, hogy entrópia változás ról beszélsz egy folyamat során, helyes?
- Miért van az egész rendszer entrópiája nulla vagy nagyobb, mint nulla, de nem negatív?
- Mit határoz meg ” teljes rendszerként? ”
- Jelzi érdeklődésünk tárgyát
- mint az univerzum entrópiája mindig növekszik, de miért?
Válasz
A rendszer $ S $ entrópiája összefügg a lehetséges \ $ Omega $ mikrostátusok számával, amelyeket a rendszer a következő módon tud elfogadni:
$$ S = k_B \ log \ Omega $$
Ne feledje, hogy a $ \ Omega $ -nak mindig egész számnak kell lennie, és mindig legalább 1-nek kell lennie; ennélfogva a $ S $ mindig nagyobb vagy egyenlő nulla értékkel.
A nulla-entrópia esetében az objektum tökéletes kristály nulla hőmérsékleten, amelynek csak egy lehetséges mikropozíciója van. (Így a fenti meghatározást a termodinamika harmadik törvénye teszi lehetővé.) Bármely más helyzetnek egynél több lehetséges mikrostátuma van, ezért az entrópiának nullánál nagyobbnak kell lennie.
Megjegyzések
- Korrelálhatjuk-e az entrópiát véletlenszerűséggel?
- Feltételezve, hogy a rendszer egyenlő valószínűségi eloszlással rendelkezik bármelyik mikropozícióban, akkor igen, a hozzávetőleges ” A rendszer véletlenszerűsége ” összefügg a mikropozíciók teljes számával és így az entrópiával.
- Tudjuk, mi történt abszolút nulla esetén, de mi fog történni 0K alatt
- A hőmérséklet meghatározásától függ. Ha az átlagos részecske kinetikus energiához kapcsolja, akkor lehetetlen, mivel a kinetikus energia mindig pozitív. Ha a hőmérsékletet 1 / értékként definiálja (a rendszerbe adott entrópia mennyisége, amikor egy adott energiamennyiséget adunk hozzá), akkor negatív hőmérsékletek lehetségesek azokban a rendszerekben, amelyek energia hozzáadásával rendezettebbé válnak (vagyis kevesebb mikrostátussal rendelkeznek). Az ilyen rendszerek legtöbb gyakorlati példája általában meglehetősen forró, így a hőmérsékletnek ez a fogalma kissé nem intuitív.
- Ha a részecske energiamennyiségének felső határa van, akkor energiát kell adni a egy bizonyos ponton áthaladó rendszer arra szolgál, hogy újabb és újabb részecskéket csomagoljon (bozonok esetében) a legmagasabb energiaállapotba (vagy fermionok esetén) a rendelkezésre álló legmagasabb energiaállapotba. Egy csomó megkülönböztethetetlen degenerált részecske (a bozonok esetében; a fermionok esetében egy csomó megkülönböztethetetlen részecske, amelyek lényegében egy energiaállapotba vannak zárva) sokkal kevésbé véletlenszerű, mint egy csomó részecske, amelyeknek sok lehetséges energiaállapota van. Így a magasabb energiájú állapotoknak kevesebb az entrópiája.
Válasz
Szerintem arra gondolsz, hogy az entrópia reverzibilis folyamatoknál nem változik, de visszafordíthatatlan folyamatoknál növekszik. Ebben az értelemben az lenne a kérdése, hogy csökkenhet-e egy rendszer entrópiája. Igen, teljesen! Az entrópia csökkenhet egy olyan rendszer esetében, amely nem zárt. Például a Föld megkapja a napenergiát a Napból, és hő formájában eloszlik az űrben. Az egész (zárt) rendszer (Nap, Föld és űr) entrópiája mindig növekszik. Azonban csak a Földön az entrópia valóban csökkenhet. Az entrópiára gyakran hivatkoznak a káosz mércéjeként, tehát a rend ellentéte lenne az entrópiának. Ebben az értelemben a biológiai élet és az evolúció egy nagyon szervezett anyagot jelent, ezért alacsony az entrópiát. Az entrópia ilyen csökkenése, mint az élet megjelenése és evolúciója a Földön pontosan azért volt lehetséges, mert a Föld önmagában nem zárt rendszer, hanem egy tremendow csatornája a hőként disszipáló napenergia entrópia növekedése. E folyamatos entrópia-növekedés nélkül lehetetlen lenne az élet a Földön. Pontosan az egész rendszer entrópiájának növekedése tette lehetővé az entrópia csökkenését a rendszer egy részében, ezáltal életet, evolúciót és végső soron intelligenciát eredményezve.
Kommentárok
- Még zárt rendszerben is csökkenhet az entrópia. Csak távolítsa el például a test hőjét.
- @Chester Miller: Tudna megadni egy linket vagy hivatkozást arra az elképzelésre, hogy a zárt rendszer entrópiája csökkenhet? , minden termodinamikai tankönyv a $ dS = dq_ {rev} / T $ egyenlettel rendelkezik. Mit következtetne, ha azt mondanám, hogy a $ dq_ {rev} $ negatív egy adott folyamathoz (például egy ideális gáz izoterm kompressziója vagy szilárd anyag hűtése)?
- @Chester Miller: Példái: nem zárt rendszerek, és nem válaszolnak a kérdésemre. Nem kérek ötleteket vagy következtetéseket. Kérdezem, tud-e olyan referenciát adni, amely kifejezetten azt állítja, hogy ” a zárt rendszer entrópiája csökkenhet “.Azért kérem, hogy egy ilyen rendszer sértené az entrópia zárt rendszerben növekvő törvényét, és nem hallottam ‘ e törvény esetleges megsértéséről. Tehát ha bármilyen tényleges referenciája van (a saját levonásain kívül), akkor ‘ érdekelne a tanulás.
- Azt hiszem, itt van terminológiai kérdésünk. Amikor egy fizikus zárt rendszerről beszél, akkor azt érti, amelyben nincs tömeg-, hő- vagy munkacsere a környezettel; ezt mi mérnökök elszigetelt rendszernek hívjuk. A mérnöki munkában (és a legtöbb könyvben) a zárt rendszer az, amelyben nincs tömegcsere a környezettel; hőcsere és munka megengedett. Lásd a következő linket: google.com/…
Válasz
Igen. Fordítsa meg az univerzum összes részecskéjének sebességét, és az entrópia csak csökken.
https://youtu.be/yRvbEoHHx4M?t=39m14s
Megjegyzések
- Leírnád tisztábban?
- [link] ( youtu.be/yRvbEoHHx4M?t=36m42s )
- @safesphere Akkor miért volt akkor a múlt alacsonyabb entrópiával? Azt sugallja, hogy a múlt nem is létezik ‘?
- @safesphere Ha az izolált rendszer determinisztikus törvényeket követett, akkor az abban lévő összes részecske sebességét megfordította rendszer valóban az entrópiának csak leereszkedését okozná. Ehhez azonban megint szükség lenne arra, hogy az elszigetelt rendszer tökéletesen determinisztikus legyen.