Czy system może mieć negatywną entropię?

Entropia $ S $ systemu jest związana z liczbą możliwych mikropaństw $ \ Omega $, które system może przyjąć w następujący sposób:

$$ S = k_B \ log \ Omega $$

Zauważ, że $ \ Omega $ musi zawsze być liczbą całkowitą i zawsze musi wynosić co najmniej 1; stąd $ S $ jest zawsze większe lub równe zero.

W przypadku zerowej entropii obiekt jest idealnym kryształem w temperaturze zerowej, który ma tylko jeden możliwy mikrostan. (Tak więc powyższa definicja jest możliwa dzięki Trzeciej Zasadzie Termodynamiki). Każda inna sytuacja ma więcej niż jeden możliwy mikrostan, więc entropia musi być większa od zera.

Komentarze

• Czy możemy powiązać entropię z losowością?
• Zakładając jednolity rozkład prawdopodobieństwa, że system znajduje się w jakimkolwiek mikropaństwu, to tak, przybliżone ” losowość ” systemu jest związana z jego całkowitą liczbą mikropaństw, a tym samym z entropią.
• Wiemy, co się stało przy zerze absolutnym, ale co stanie się poniżej 0K
• To zależy od twojej definicji temperatury. Jeśli odniesiesz to do średniej energii kinetycznej cząstki, to jest to niemożliwe, ponieważ energia kinetyczna jest zawsze dodatnia. Jeśli zdefiniujesz temperaturę jako 1 / (ilość entropii dodanej do systemu po dodaniu określonej ilości energii), wtedy ujemne temperatury są możliwe w systemach, które stają się bardziej uporządkowane (tj. Mają mniej mikropaństw) po dodaniu energii. Większość praktycznych przykładów takich systemów jest jednak ogólnie dość gorąca, więc pojęcie temperatury jest nieco nieintuicyjne.
• Jeśli istnieje górna granica ilości energii, jaką może posiadać cząstka, to dodanie energii do Układ w pewnym punkcie służy do upakowania coraz większej liczby cząstek w (w przypadku bozonów) stan o najwyższej energii lub (w przypadku fermionów) w najwyższy dostępny stan energetyczny. Zbiór nierozróżnialnych zdegenerowanych cząstek (w przypadku bozonów; w przypadku fermionów, zbiór nierozróżnialnych cząstek, które są zasadniczo zamknięte w jednym stanie energetycznym) jest znacznie mniej losowy niż zbiór cząstek, które mają wiele możliwych stanów energetycznych. Zatem stany o wyższej energii mają mniejszą entropię.

Myślę, że chodzi o to, że entropia nie zmienia się w przypadku procesów odwracalnych, ale zwiększa się w przypadku procesów nieodwracalnych. W tym sensie pytanie brzmiałoby, czy entropia układu może się zmniejszyć. Tak, absolutnie! Entropia może się zmniejszyć dla układu, który nie jest zamknięty. Na przykład Ziemia odbiera energię słoneczną promującą Słońce i rozprasza się w przestrzeni w postaci ciepła. Entropia całego (zamkniętego) systemu (Słońca, Ziemi i przestrzeni) zawsze wzrasta. Jednak entropia na samej Ziemi rzeczywiście może się zmniejszyć. Entropia jest często określana jako miara chaosu, więc porządek byłby przeciwieństwem entropii. W tym sensie życie biologiczne i ewolucja reprezentują wysoce zorganizowaną materię, a zatem niską entropię. Takie zmniejszenie entropii, jak pojawienie się życia i jego ewolucja na Ziemi było możliwe właśnie dlatego, że sama Ziemia nie jest systemem zamkniętym, ale kanałem wstrząsów wzrost entropii energii słonecznej rozpraszającej się w postaci ciepła. Bez tego stałego wzrostu entropii życie na Ziemi byłoby niemożliwe. To właśnie wzrost entropii w całym systemie umożliwił zmniejszenie entropii w części systemu, a tym samym wytworzenie życia, ewolucji i ostatecznie inteligencji.

Komentarze

• Nawet w systemie zamkniętym entropia może się zmniejszyć. Po prostu usuń ciepło z ciała, na przykład.
• @Chester Miller: Czy możesz podać link lub odniesienie do pomysłu, że entropia systemu zamkniętego może się zmniejszyć?
• Cóż , każdy podręcznik do termodynamiki ma równanie $ dS = dq_ {rev} / T $. Co byś podsumował, gdybym powiedział, że $ dq_ {rev} $ jest ujemne dla określonego procesu (takiego jak izotermiczna kompresja gazu doskonałego lub chłodzenie ciała stałego)?
• @Chester Miller: Twoje przykłady są nie zamknięte systemy i nie odpowiadają na moje pytanie. Nie proszę o pomysły ani wnioski. Pytam, czy możesz podać odniesienie konkretnie stwierdzające, że ” entropia zamkniętego systemu może zmniejszyć „.Powodem, o który pytam, jest to, że taki system naruszałby prawo wzrastającej entropii w systemie zamkniętym i nie ' nie słyszałem o jakichkolwiek naruszeniach tego prawa. Więc jeśli masz jakieś rzeczywiste referencje (inne niż własne odliczenia), ' chciałbym się dowiedzieć.
• Myślę, że mamy tutaj problem z terminologią. Kiedy fizyk mówi o układzie zamkniętym, ma na myśli taki, w którym nie ma wymiany masy, ciepła ani pracy z otoczeniem; to właśnie my, inżynierowie, nazywamy systemem izolowanym . W inżynierii (i większości książek termo), zamknięty system to taki, w którym nie ma wymiany masy z otoczeniem; dopuszczalna jest wymiana ciepła i praca. Zobacz następujący link: google.com/…

Tak. Odwróć prędkość wszystkich cząstek we wszechświecie, a entropia tylko spadnie.

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

Komentarze

• Czy możesz to opisać jaśniej?
• [link] ( youtu.be/yRvbEoHHx4M?t=36m42s )
• @safesphere Więc dlaczego przeszłość miała wtedy niższą entropię? Sugerujesz, że przeszłość nie ' w ogóle nie istnieje?
• @safesphere Jeśli system izolowany przestrzegał praw deterministycznych, odwrócenie prędkości wszystkich cząstek system rzeczywiście spowodowałby tylko spadek entropii. Ale znowu, wymagałoby to, aby izolowany system był całkowicie deterministyczny.