Kan een systeem negatieve entropie hebben?

De entropie $ S $ van een systeem is gerelateerd aan het aantal mogelijke microstates $ \ Omega $ dat een systeem op de volgende manier kan gebruiken:

$$ S = k_B \ log \ Omega $$

Merk op dat $ \ Omega $ altijd een geheel getal moet zijn, en het moet altijd minstens 1 zijn; daarom is $ S $ altijd groter dan of gelijk aan nul.

In het geval van nul-entropie is het object een perfect kristal bij temperatuur nul, dat maar één mogelijke microstaat heeft. (De bovenstaande definitie wordt dus mogelijk gemaakt door de derde wet van de thermodynamica.) Elke andere situatie heeft meer dan één mogelijke microstaat, dus de entropie moet groter zijn dan nul.

Opmerkingen

• Kunnen we de entropie correleren met willekeur
• Uitgaande van een uniforme kansverdeling dat het systeem zich in een microstaat bevindt, ja, de geschatte ” willekeur ” van een systeem is gerelateerd aan het totale aantal microstates, en dus aan de entropie.
• We weten wat er gebeurde bij het absolute nulpunt, maar wat gebeurt er onder 0K
• Het hangt af van uw definitie van temperatuur. Als je het relateert aan de gemiddelde kinetische energie van deeltjes, dan is het onmogelijk, omdat kinetische energie altijd positief is. Als je temperatuur definieert als 1 / (de hoeveelheid entropie die aan het systeem wordt toegevoegd wanneer een bepaalde hoeveelheid energie wordt toegevoegd), dan zijn negatieve temperaturen mogelijk in systemen die ordelijker worden (dat wil zeggen met minder microstates) wanneer energie wordt toegevoegd. De meeste praktische voorbeelden van dergelijke systemen zijn over het algemeen behoorlijk heet, dus dit idee van temperatuur is enigszins niet-intuïtief.
• Als er een bovengrens bestaat voor de hoeveelheid energie die een deeltje kan hebben, dan is het toevoegen van energie aan een systeem voorbij een bepaald punt dient om steeds meer deeltjes in (voor bosonen) de hoogste energietoestand of (in het geval van fermionen) de hoogst beschikbare energietoestand te pakken. Een stel niet te onderscheiden gedegenereerde deeltjes (in het geval van bosonen; in het geval van fermionen, een stel niet te onderscheiden deeltjes die in wezen opgesloten zitten in één energietoestand) is veel minder willekeurig dan een stel deeltjes die veel mogelijke energietoestanden hebben. Hogere-energietoestanden hebben dus minder entropie.

Ik denk dat je bedoelt dat de entropie verandert niet voor omkeerbare processen, maar neemt toe voor onomkeerbare processen. In die zin zou je vraag zijn of de entropie van een systeem kan afnemen. Ja, absoluut! De entropie kan afnemen voor een systeem dat niet gesloten is. Bijvoorbeeld de aarde ontvangt de zonne-energie van de zon en verdwijnt in de ruimte als warmte. De entropie van het hele (gesloten) systeem (zon, aarde en ruimte) neemt altijd toe. De entropie op aarde alleen kan echter inderdaad afnemen. Entropie wordt vaak genoemd als maatstaf voor chaos, dus orde zou het tegenovergestelde zijn van entropie. In die zin vertegenwoordigen biologisch leven en evolutie een sterk georganiseerde materie en daarom een lage entropie. Zon vermindering van de entropie als de opkomst van leven en zijn evolutie op aarde was mogelijk precies omdat de aarde alleen geen gesloten systeem is, maar een kanaal van een enorme kracht entropietoename van de zonne-energie die als warmte wordt afgevoerd. Zonder deze constante entropie-toename zou het leven op aarde onmogelijk zijn. Het is precies de entropie-toename in het hele systeem die het mogelijk maakte dat de entropie in het deel van het systeem afnam, waardoor leven, evolutie en uiteindelijk intelligentie ontstond.

Opmerkingen

• Zelfs in een gesloten systeem kan de entropie afnemen. Verwijder bijvoorbeeld gewoon de warmte van een lichaam.
• @Chester Miller: Kunt u een link of verwijzing geven naar het idee dat de entropie van een gesloten systeem kan afnemen?
• Nou heeft elk thermodynamisch leerboek de vergelijking $ dS = dq_ {rev} / T $. Wat zou je concluderen als ik je zou vertellen dat $ dq_ {rev} $ negatief is voor een bepaald proces (zoals isotherme compressie van een ideaal gas of het koelen van een vaste stof)?
• @Chester Miller: Je voorbeelden zijn geen gesloten systemen en ze beantwoorden mijn vraag niet. Ik vraag niet om ideeën of conclusies. Ik vraag of je een referentie kunt geven die specifiek aangeeft dat ” de entropie van een gesloten systeem ” kan verminderen.De reden dat ik vraag is dat een dergelijk systeem de wet van de entropie die toeneemt in een gesloten systeem zou schenden en ik heb ‘ niet gehoord van enige schending van deze wet. Dus als je een echte referentie hebt (anders dan je eigen inhoudingen), zou ik ‘ geïnteresseerd zijn om te leren.
• Ik denk dat we hier een terminologiekwestie hebben. Wanneer een natuurkundige het heeft over een gesloten systeem, bedoelt hij een systeem waarin geen uitwisseling van massa, warmte of werk met de omgeving plaatsvindt; dit is wat wij ingenieurs een geïsoleerd systeem noemen. In de techniek (en de meeste thermoboeken) is een gesloten systeem er een waarin er geen uitwisseling van massa met de omgeving is; warmtewisseling en werk zijn toegestaan. Zie de volgende link: google.com/…

Ja. Keer de snelheid van alle deeltjes in het universum om en de entropie zal alleen maar afnemen.

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

Reacties

• Kun je het duidelijker omschrijven?
• [link] ( youtu.be/yRvbEoHHx4M?t=36m42s )
• @safesphere Waarom had het verleden dan een lagere entropie dan nu? Suggereer je dat het verleden niet ‘ zelfs bestaat?
• @safesphere Als het geïsoleerde systeem deterministische wetten volgt, dan moeten de snelheden van alle deeltjes in dat systeem zou er inderdaad voor zorgen dat de entropie alleen maar naar beneden gaat. Maar nogmaals, dat zou vereisen dat het geïsoleerde systeem perfect deterministisch is.