Entropie
eeintro
Dans la physique , l'entropie , symbolisée par le S , est une mesure de l'indisponibilité le énergie de s de système d'un la' d'effectuer le travail . L'entropie est centrale à la loi de deuxièmes de la thermodynamique et à la loi combinée par de la thermodynamique , qui traitent des processus physiques et de s'ils se produisent spontanément. Les changements spontanés , des systèmes d'isolement se produisent avec une augmentation d'entropie. Les changements spontanés tendent à lisser dehors des différences dans la température , la pression , la densité , et le potentiel chimique qui peut exister dans un système, et l'entropie est ainsi une mesure d'à quelle distance ce processus de lissage-dehors a progressé. En bref, l'entropie est une fonction d'une quantité de la chaleur qui montre la possibilité de conversion de cette chaleur dans le travail. L'augmentation de l'entropie est petite quand la chaleur est ajoutée à température élevée et est plus grande quand la chaleur est ajoutée à une plus basse température. Ainsi pour l'entropie maximum il y a de disponibilité minimum pour la conversion dans le travail et pour l'entropie minimum il y a de disponibilité maximum pour la conversion dans le travail.
Le concept de l'entropie a été développé dans les 1850s par le allemand Rudolf Clausius de physicien du qui l'a décrit comme transformation-contenu , c. utilisation dispersive de de l'énergie , d'un système thermo-dynamique ou du corps fonctionnant des espèces chimiques pendant un changement de l'état . L'entropie est l'un des facteurs qui détermine l'énergie libre du système. Cette définition thermo-dynamique d'entropie est seulement valide pour un système dans l'équilibre (parce que la température est définie seulement pour un système dans l'équilibre), alors que la définition statistique de l'entropie (voir ci-dessous) s'applique à n'importe quel système. Ainsi la définition statistique est habituellement considérée la définition fondamentale de l'entropie.
Quand une énergie de système est définie comme somme de son " ; useful" ; énergie, (par exemple qui poussait un piston), et son " ; energy" inutile ; , c. cette énergie qui ne peut pas être employée pour le travail externe , puis l'entropie peut (le plus concrètement) être visualisée comme " ; scrap" ; ou " ; useless" ; énergie dont la prédominance énergique au-dessus de toute l'énergie d'un système est directement proportionnelle à la température absolue du système considéré . (Noter le " de produit ; TS" ; dans l'énergie libre de Gibbs de ou des relations de l'énergie libre de Helmholtz de ).
En termes de mécanique statistique , l'entropie décrit le nombre de configurations microscopiques possible du système. La définition statistique de l'entropie est la définition plus fondamentale, dont toutes autres définitions et toutes les propriétés d'entropie suivent. Bien que le concept de l'entropie ait été à l'origine une construction thermo-dynamique, il a été adapté dans d'autres domaines d'études, y compris la théorie de l'information de , le Psychodynamics , le Thermoeconomics , et l'évolution .
Histoire
voient également : Histoire de l'entropie L'histoire courte de l'entropie commence par le travail du français Lazare Carnot de mathématicien du que dans ses 1803 principes fondamentaux de de travail d'équilibre et de mouvement a postulé que dans n'importe quelle machine tous les accélérations et les chocs des pièces mobiles représentent des pertes de moment de de l'activité . En d'autres termes, dans n'importe quel processus normal là existe une tendance inhérente vers la dissipation de l'énergie utile. Le bâtiment sur ce travail, en le 1824 du fils de Lazare Sadi Carnot a édité des réflexions de sur la puissance motrice du feu dans laquelle il a déterminé la vue qui dans des tous les chaleur-moteurs toutes les fois que " ; " calorique du ; , ou ce qui est maintenant connu comme chaleur , tombe par une différence de la température, que le travail ou la puissance motrice peut être produit à partir des actions du " ; chute de caloric" ; entre un corps chaud et froid. C'était une première perspicacité dans la loi de deuxièmes de la thermodynamique .
Carnot a basé ses vues de la chaleur partiellement sur le " tôt de XVIIIème siècle ; Hypothesis" newtonien ; que la chaleur et la lumière étaient des types de formes indestructibles de matière, qui sont attirées et repoussées par l'autre matière, et partiellement sur les 1789 vues récentes du compte Rumford qui ont prouvé que la chaleur pourrait être créée par frottement comme quand des alésages de canon sont usinés. En conséquence, Carnot raison pour laquelle si le corps de la substance fonctionnante, telle qu'un corps de vapeur, est apporté de nouveau à son état original (la température et pression) à la fin d'un cycle complet de moteur de , qui " ; aucun changement ne se produit en condition du body." fonctionnant ; Ce dernier commentaire a été modifié dans ses notes de pied, et c'était ce commentaire que cela a mené au développement de l'entropie.
Dans les 1850s et le 60s, le allemand Rudolf Clausius de physicien s'est gravement opposé à cette dernière supposition, c. qu'aucun changement ne se produit dans le corps fonctionnant, et a donné ce " ; change" ; une interprétation mathématique en remettant en cause la nature de la perte inhérente de la chaleur utilisable quand le travail est effectué, la chaleur du par exemple, produite par frottement. Ce contrastait avec des vues plus tôt, basées sur les théories de Isaac Newton , que la chaleur était une particule indestructible qui a eu Massachusetts. Plus tard, les scientifiques tels que le Ludwig Boltzmann , le Willard Gibbs , et le commis Maxwell de James de ont donné à entropie une base statistique. Le Carathéodory a lié l'entropie avec une définition mathématique de l'irrévocabilité, en termes de trajectoire et integrability.
ou… un jeu métaphorique des chuchotements chinois, où des mots sont remplacés par énergie, entropie serait la différence entre le message initial et le message reçus par la dernière personne dans la ligne.
Définitions et descriptions
En science, le " de limite ; entropy" ; est généralement interprété de trois distincts, mais semi-connexes, de chemins, c. de point de vue macroscopique (thermodynamique classique ), d'un point de vue microscopique (thermodynamique statistique ), et d'un point de vue de l'information (théorie de l'information de ).La définition statistique de l'entropie (voir ci-dessous) est la définition fondamentale parce que les autres deux peuvent être mathématiquement dérivés de elle, mais pas vice versa. Toutes les propriétés d'entropie (loi de deuxièmes de thermodynamique y compris ) suivent de cette définition.
Point de vue macroscopique (thermodynamique classique)
variables d'onjugate (thermodynamique)voient également :
d'entropie de (thermodynamique classique)
Dans un système thermo-dynamique , un " ; universe" ; se composer du " ; surroundings" ; et " ; systems" ; et composé des quantités de matière, ses différences de pression, différences de densité, et différences de la température que toutes tendent à s'égaliser avec le temps - simplement parce que l'état d'équilibre a une probabilité plus élevée (des combinaisons plus possibles de de microstates ) que tout autre - voient la mécanique statistique . Dans l'exemple de fonte de glace de , la différence dans la température entre une salle chaude (les environnements) et le verre froid de glace et l'eau (le système et pas la partie de la salle), commence à être égalisée comme parties de l'énergie calorifique des environnements chauds étendus au système plus frais de la glace et de l'eau. Avec le temps la température du verre et son contenu et la température de la salle deviennent égales. L'entropie de la salle a diminué comme une partie de son énergie a été dispersée à la glace et à l'eau. Cependant, à mesure que calculé dans l'exemple, l'entropie du système de la glace et l'eau a augmenté plus que l'entropie de la salle environnante a diminué. En le système d'isolement tel que l'eau de pièce et de glace prise ensemble, la dispersion de l'énergie du réchauffeur au refroidisseur a toujours comme conséquence une augmentation nette d'entropie. Ainsi, quand le « univers » du circuit de refroidissement de pièce et de glace a atteint un équilibre de la température, le changement d'entropie de l'état initial est à un maximum. L'entropie du système thermo-dynamique est une mesure d'à quelle distance l'égalization a progressé.
Un cas spécial d'augmentation d'entropie, l'entropie de de mélanger , se produit quand des substances deux ou plus différents sont mélangées. Si les substances sont à la mêmes température et pression, il n'y aura aucun échange net de la chaleur ou fonctionnera - l'augmentation d'entropie sera entièrement due au mélange des différentes substances.
D'une perspective macroscopique de , en thermodynamique classique l'entropie est interprétée simplement comme fonction d'état d'un système thermo-dynamique : c'est-à-dire, une propriété dépendant seulement de l'état actuel du système, indépendant de la façon dont cet état est venu pour être réalisé. La fonction d'état a la propriété importante que, une fois multiplié par une température de référence, il peut comprendre comme mesure de la quantité d'énergie dans un système physique qui ne peut pas être employé pour effectuer le travail thermo-dynamique ; c., le travail a négocié par énergie thermique. Plus avec précision, dans n'importe quel processus où le système abandonne le E de l'énergie Δ, et son entropie tombe par le S de Δ, un S du T R Δ de quantité au moins de cette énergie doit être donné jusqu'aux environnements du système comme chaleur inutilisable (le T R est la température des environnements externes du système). Autrement le processus n'ira pas en avant.
En 1862, Clausius a énoncé ce qu'il appelle le « théorème respectant les équivalence-valeurs des transformations » ou ce qui est maintenant connu comme loi de deuxièmes de la thermodynamique , en tant que tel : le
la somme algébrique de toutes les transformations se produisant dans un processus cyclique peut seulement être positif, ou, comme cas extrême, égale à rien.
Quantitativement, Clausius énonce que l'expression mathématique pour ce théorème est comme suit. Laisser le δQ de être un élément de la chaleur abandonnée par le corps à n'importe quel réservoir de la chaleur pendant ses propres changements, de la chaleur qu'il peut absorber d'un réservoir étant ici compté en tant que négatif, et du T la température absolue du corps au moment d'abandonner cette chaleur, puis l'équation : doit être vrai pour chaque processus cyclique réversible, et la relation :
doit juger bon pour chaque processus cyclique qui est de quelque façon possible. C'est la formulation essentielle de la deuxièmes loi et des grilles d'origine du concept de l'entropie. Il peut voir que les dimensions de l'entropie sont énergie divisée par la température, qui est identique comme les dimensions du constant de Boltzmann de (kB) et de la capacité de chaleur . L'unité du SI de l'entropie est " ; Joule par " de Kelvin ; (J·K−1). De cette manière, le " de quantité ; ΔS" ; ser d'un type d'énergie interne, qui explique les effets de l'irrévocabilité , dans l'équation de bilan énergétique pour n'importe quel système donné. Dans l'équation de l'énergie libre de Gibbs de , c. ΔG = ΔH - TΔS, par exemple, qui est une formule généralement utilisée pour déterminer si les réactions chimiques se produiront, l'énergétique aux changements TΔS d'entropie est soustrait du " ; total" ; énergie de système ΔH pour donner le " ; free" ; énergie ΔG du système, comme pendant un processus chimique ou comme quand un état de changements de système.
Définition microscopique d'entropie (mécanique statistique)
voient également :
d'entropie de (thermodynamique statistique)
En thermodynamique statistique l'entropie est définie comme nombre de configurations microscopiques qui ont comme conséquence la description macroscopique observée du du système thermo-dynamique : là où le kB de est le constant 1.38066×10−23 J de Boltzmann de ; K−1 et est le nombre de microstates correspondant au macrostate thermo-dynamique observé.
Cette définition est considérée la définition fondamentale de l'entropie (pendant que toutes autres définitions peuvent être mathématiquement dérivées de elle, mais pas vice versa).
En Boltzmann le 1896 parle sur la théorie de gaz, il a montré que cette expression donne une mesure d'entropie pour des systèmes des atomes et des molécules dans la phase gaseuse, de ce fait fournir une mesure pour l'entropie de la thermodynamique classique.
En 1877, Boltzmann a visualisé une manière probabiliste de mesurer l'entropie d'un ensemble de particules du gaz idéal , dans lesquelles il a défini l'entropie pour être proportionnel au logarithme du nombre de microstates qu'un tel gaz pourrait occuper. Dorénavant, le problème essentiel en thermodynamique statistique , c. selon le Erwin Schrödinger , a été de déterminer la distribution d'une quantité donnée d'énergie E au-dessus des systèmes identiques de N.
La mécanique statistique explique l'entropie comme quantité d'incertitude (ou de " ; mixedupness" ; dans l'expression du Gibbs ) quels restes au sujet d'un système, après ses propriétés macroscopiques observables ont été tenus compte. Un ensemble indiqué de quantités macroscopiques, comme la température et le volume, l'entropie mesure le degré auquel la probabilité du système est étendue au-dessus de différents états de quantum possibles. Le plus énonce disponible au système avec une probabilité plus élevée, et ainsi plus l'entropie est grand. Essentiellement, l'interprétation la plus générale de l'entropie est comme mesure de notre ignorance au sujet d'un système. L'état d'équilibre d'un système maximise l'entropie parce que nous avons perdu toutes les informations sur les conditions initiales excepté les quantités conservées ; le maximum de l'entropie maximise notre ignorance au sujet des détails du système.
Sur l'échelle moléculaire, les deux définitions s'assortissent vers le haut parce qu'ajouter la chaleur à un système, qui augmente son entropie thermo-dynamique classique, augmente également les fluctuations thermiques du du système, ainsi donnant un plus grand manque d'informations sur l'état microscopique exact du système, c. une entropie mécanique statistique accrue.
Entropie en thermodynamique chimique
voient également :
chimique de la thermodynamique L'entropie thermo-dynamique est centrale en thermodynamique chimique , permettant à des changements d'être mesuré et les résultats des réactions d'être prévus. La loi de deuxièmes de la thermodynamique déclare que l'entropie dans la combinaison d'un système et de ses environnements (ou dans un système d'isolement par lui-même) augmente pendant tous les produit chimique spontané et processus physiques. La spontanéité en chimie signifie « par elle-même, ou sans n'importe quelle influence d'extérieur », et n'a rien à faire avec la vitesse. L'équation de Clausius du T du q rev/de δ = S de Δ présente la mesure du changement d'entropie, le S de Δ. Le changement d'entropie décrit la direction et dose l'importance de changements simples tels que le transfert de la chaleur entre les systèmes - toujours de plus chaud au refroidisseur spontanément. Ainsi, quand une taupe de substance à 0 K est chauffée par ses environnements à 298 K, la somme des valeurs par accroissement du T du q rev/constituent chaque élément ou l'entropie molaire standard du composé, une propriété physique fondamentale et un indicateur de la quantité d'énergie stockée par une substance au changement d'entropie de 298 K. mesure également le mélange des substances comme addition de leurs quantités relatives dans le mélange final.
L'entropie est également essentielle en prévoyant l'ampleur des réactions chimiques complexes, c. si un processus ira comme écrit ou procédera dans la direction opposée. Pour de telles applications, le S de Δ doit être incorporé dans une expression qui inclut le système et ses environnements, le S de Δ universe = S de Δ surroundings + S system de Δ. Cette expression devient, par l'intermédiaire de quelques étapes, de l'équation de l'énergie libre de Gibbs de pour des réactifs et des produits dans le système : G de Δ [[changement d'énergie libre de Gibbs] du système] = changement d'entropie du S du T Δ de − du H de Δ [[changement d'enthalpie]].
là où = le taux net d'écoulement d'entropie dû aux sortir de la masse dans et du système (où = entropie par masse d'unité). = le taux d'écoulement d'entropie dû à l'écoulement de la chaleur à travers la frontière de système. = le taux de génération interne d'entropie dans le système.
Note, aussi, qui s'il y a des débits calorifiques multiples, le doit être remplacée par le , où le est l'écoulement de la chaleur et le est la température au port d'écoulement de la chaleur du jth de dans le système.
Entropie en mécanique quantique (entropie de von Neumann)
Dans la mécanique statistique de Quantum de , le concept de l'entropie a été développé par le John Von Neumann et désigné généralement sous le nom du " ; entropy" de von Neumann ;. Von Neumann a établi le cadre mathématique correct pour la mécanique quantique avec son der Quantenmechanik de Mathematische Grundlagen de de travail. Il a fourni dans ce travail une théorie de mesure, où la notion habituelle de l'effondrement de vague est décrite en tant qu'un processus irréversible (soi-disant von Neumann ou mesure projective). Using ce concept, en même temps que la matrice de densité il a prolongé le concept classique de l'entropie dans le domaine de quantum.
Il est bien connu qu'un Shannon ait basé la définition des fils d'entropie de l'information dans le cas classique à l'entropie de Boltzmann. Il est tempting pour considérer l'entropie de Neumann de von comme la définition mécanique correspondante de quantum. Mais ce dernier est problématique du point de vue de l'information de quantum. En conséquence Stotland, Pomeransky, Bachmat et Cohen ont présenté une nouvelle définition de l'entropie qui reflète l'incertitude inhérente des états mécaniques de quantum. Cette définition laisse distinguer l'entropie minimum d'incertitude des états purs, et l'entropie statistique excessive des mélanges.
Définitions standard de manuel
Noter que les définitions de manuel ne sont pas toujours les définitions les plus utiles, mais elles sont un aspect important de la culture entourant le concept de l'entropie.entropie - énergie de de
décomposée dans la chaleur irréparable .
Le constant de Boltzmann de chronomètre le logarithme d'une multiplicité de ; là où la multiplicité d'un Macrostate est le nombre de microstates qui correspondent au macrostate.
le nombre de manières d'arranger des choses dans un système (périodes le constant du Boltzmann de ).
une fonction d'état thermo-dynamique non-conservée , mesurée en termes de nombre de microstates un système peut supposer, qui correspond à une dégradation dans l'énergie utilisable .
une mesure directe de l'aspect aléatoire d'un système.
une mesure de dispersion d'énergie de à une température spécifique.
une mesure de la perte partielle de la capacité d'un système d'effectuer le travail dû aux effets de l'irrévocabilité .
un index de la tendance d'un système vers le changement spontané.
une mesure de l'indisponibilité d'une énergie de système d'effectuer le travail ; également une mesure de désordre ; plus est haute l'entropie plus le désordre est grand.
un paramètre représentant l'état de désordre d'un système au niveau atomique, ionique, ou moléculaire.
une mesure de désordre dans l'univers ou de la disponibilité de l'énergie dans un système d'effectuer le travail.
Approches à l'entropie d'arrangement
Ordre et désordre
voient également :
l'entropie de (ordre et désordre) L'entropie, historiquement, a été souvent associée à la quantité d'ordre , de désordre , et/ou de chaos dans un système thermo-dynamique . La définition traditionnelle de l'entropie est qu'elle se rapporte à des changements du statu quo du système et est une mesure de " ; disorder" moléculaire ; et la quantité d'énergie gaspillée dans une transformation d'énergie dynamique d'un état ou de forme à l'autre. Dans cette direction, un certain nombre d'auteurs, ces dernières années, ont dérivé des formules exactes d'entropie pour expliquer et désordre et ordre de mesure dans des assemblées atomiques et moléculaires. Une des formules plus simples d'ordre/désordre d'entropie est cela dérivée en 1984 par le physicien thermo-dynamique Peter Landsberg, qui est basé sur une combinaison de la thermodynamique et des arguments de la théorie de l'information de . Landsberg argue du fait que quand les contraintes opèrent un système, tel qu'il est empêché d'un ou plusieurs entrants de ses états possibles ou autorisés, comme contrasté avec ses états interdits, la mesure du montant total de « désordre » dans le système est donné par l'expression suivante : Les limites semblables ont été en service tôt dedans de l'histoire de la thermodynamique classique , et avec le développement de la thermodynamique statistique et de la théorie de quantum , des changements d'entropie ont été décrits en termes de mélange ou " ; spreading" ; de toute l'énergie de chaque constituant d'un système au-dessus de ses forces à quantification particulières.
Les ambiguïtés dans le désordre limites et le chaos de , qui ont habituellement des significations directement opposées à l'équilibre, contribuent à la confusion répandue et entravent la compréhension de l'entropie pour la plupart des étudiants. Car la loi de deuxièmes des expositions de la thermodynamique , dans les parties internes d'isolement du système un aux différentes températures tendra à s'ajuster sur une température uniforme simple et à produire ainsi l'équilibre. Une approche éducative développée récemment évite des limites ambiguës et décrit une telle propagation hors de l'énergie comme la dispersion, qui mène à la perte des différentiels exigés pour le travail quoique toute l'énergie demeure constante selon la première loi de de la thermodynamique . Le physique Peter Atkins de chimiste, par exemple, qui a précédemment écrit de la dispersion menant à un état désordonné, écrit maintenant ce " ; des changements spontanés sont toujours accompagnés d'une dispersion d'energy" ; , et a jeté le « désordre » comme description. L'entropie de Shannon de est une large et générale notion qui trouve des applications dans la théorie de l'information de aussi bien que la thermodynamique . Elle a été à l'origine conçue par le Claude Shannon en 1948 pour étudier la quantité de l'information dans un message transmis. La définition de l'entropie de l'information est, cependant, tout à fait général, et est exprimée en termes d'ensemble discret de probabilités . Dans le cas des messages transmis, ces probabilités étaient les probabilités qu'un message particulier a été transmis réellement, et l'entropie du système de messagerie était une mesure de combien information coûtait dans le message. Pour le cas des probabilités égales (c. chaque message est également probable), l'entropie de Shannon (dans le peu) est juste le nombre de questions oui/non requises pour déterminer le contenu du message.
La question du lien entre l'entropie de l'information et l'entropie thermo-dynamique est une matière avec chaleur discutée. Beaucoup d'auteurs arguent du fait qu'il y a un lien entre les deux, alors que d'autres argueront du fait qu'elles n'ont absolument rien à faire les uns avec les autres.
Les expressions pour les deux entropies sont très semblables. Le d'entropie de l'information H pour les probabilités égales est :
là où le K est une constante qui détermine les unités de l'entropie. Par exemple, si les unités sont peu, puis K=1/ln (2). Le thermo-dynamique du S d'entropie ; , d'un point de vue mécanique statistique a été exprimé la première fois par Boltzmann :
là où du p ; est la probabilité d'un système étant dans un microstate particulier, étant donné qu'elle est dans un macrostate particulier, et le du k ; est la constante de Boltzmann. Il peut voir qu'on peut penser à l'entropie thermo-dynamique comme constante de Boltzmann, divisé par le ln (2), périodes le nombre de questions oui/non qui doivent être posées afin de déterminer le microstate du système, étant donné que nous connaissons le macrostate. Le lien entre l'entropie thermo-dynamique et de l'information a été développé dans une série de papiers par le commencement d'Edwin Jaynes en 1957.
Le problème avec lier l'entropie thermo-dynamique à l'entropie de l'information est celui dans l'entropie de l'information le corps entier de la thermodynamique qui les affaires avec la nature physique de l'entropie est absente. La deuxième loi de thermodynamique qui régit le comportement des systèmes thermo-dynamiques dans l'équilibre, et la première loi qui exprime l'énergie calorifique car le produit de la température et l'entropie sont des concepts physiques plutôt que des concepts informationnels. Si l'entropie thermo-dynamique est vue comme comprenant toute les dynamique physique d'entropie aussi bien que les aspects statistiques d'équilibre, alors l'entropie de l'information donne seulement une partie de la description de l'entropie thermo-dynamique. Quelques auteurs, comme Tom Schneider, plaident pour laisser tomber l'entropie de mot pour la fonction de H de la théorie de l'information et l'usage de l'autre " de la limite de Shannon ; uncertainty" ; au lieu de cela.
Exemple de fonte de glace
voient également : Disgregation
L'illustration pour cet article est un exemple classique dans lequel l'entropie augmente dans un petit « univers », un système thermo-dynamique comprenant les « environnements » (la salle chaude) et « système » (verre, glace, eau froide). En cet univers, un certain δQ de d'énergie de la chaleur des environnements de pièce plus chaude (au °C) 298 K ou 25 étendra au système plus frais de la glace et de l'eau à son T de la température constante de 273 K (0 °C), la température de fonte de la glace. L'entropie du système changera par le de quantité dS = δQ/T , dans ce δQ /273 K. de d'exemple (le δQ la chaleur pour ce processus est l'énergie exigée pour changer l'eau de l'à semi-conducteur en état liquide, et s'appelle l'enthalpie de de la fusion , c. le de Δ H pour la fusion de glace.) L'entropie des environnements changera par un dS de quantité = δQ /298 K. Ainsi dans cet exemple, l'entropie du système augmente, tandis que l'entropie des environnements diminue.
Il est important de se rendre compte que la diminution de l'entropie de la salle environnante est moins que l'augmentation de l'entropie de la glace et de l'eau : la température ambiante de 298 K est plus grande que 273 K et donc le rapport, (changement d'entropie), du δQ /298 K de pour les environnements est plus petit que le rapport (changement d'entropie), du δQ /273 K de pour le système d'ice+water. Pour trouver le changement d'entropie de notre « univers », nous ajoutons les changements d'entropie pour ses constituants : la salle environnante, et l'ice+water. Tout le changement d'entropie est positif ; c'est toujours vrai dans des événements spontanés dans un système thermo-dynamique et il montre l'importance prédictive de l'entropie : l'entropie nette finale après qu'un tel événement soit toujours plus grand que n'était l'entropie initiale.
Pendant que la température de l'eau fraîche s'élève à celle de la salle et la salle se refroidit plus loin imperceptiblement, la somme du δQ de /T sur la gamme continue, à beaucoup d'incréments, dans au commencement le frais pour chauffer finalement l'eau peut être trouvée par calcul. Le " miniature entier ; universe" ; , c. ce système thermo-dynamique, a augmenté dans l'entropie. L'énergie est spontanément devenue plus dispersée et a étendu dans ce " ; universe" ; que quand le verre de l'eau de glace a été présenté et est devenu un " ; system" ; dans lui.
Matières dans l'entropie
Entropie et vie
voient également : Entropie de et
la vie Pour plus d'une moitié de siècle et, commençant par le " 1863 du mémoire de Clausius ; Sur la concentration des rayons de la chaleur et de la lumière, et sur les limites de son Action" ; , beaucoup d'écriture et de recherche a été consacrée au rapport entre l'entropie thermo-dynamique et l'évolution de la vie . L'argument qui alimentations de la vie sur l'entropie ou le négative Negentropy comme mis en avant dans le de 1944 livres ce qui est la vie ? par le Erwin Schrödinger du physicien a servi un autre de stimulus à cette recherche. Les écritures récentes ont utilisé le concept de l'énergie libre de Gibbs de pour élaborer sur cette question. Tangentiellement, quelques creationists ont argué du fait que l'entropie élimine l'évolution .
Dans les principes 1982 populaires de de manuel de la biochimie par le américain remarquable Albert Lehninger , on lui discute par exemple, de biochimiste que l'ordre de produit dans des cellules pendant qu'ils se développent et clivage est davantage que compensé par le désordre de ils créent dans leurs environnements au cours de la croissance et de la division. En bref, selon Lehninger, " ; la matière organique préserve leur ordre interne par la prise de leur énergie libre d'environnements, sous forme d'aliments ou de lumière du soleil, et de renvoyer à leurs environnements par quantité égale d'énergie comme chaleur et entropy." de ;
Définitions relatives d'évolution :
Negentropy - une expression familière de de
sténographie pour l'entropie négative.
Ectropy - une mesure de la tendance d'un système dynamique d'effectuer le travail utile et de se développer davantage a organisé.
Syntropy - une tendance vers l'ordre et les combinaisons symétriques et conceptions de des modèles toujours plus avantageux et ordonnés.
Extropy - une limite métaphorique de définissant l'ampleur d'une intelligence du système vivant ou d'organisation, d'une commande fonctionnelle, d'une vitalité, d'une énergie, d'une vie, d'une expérience, et d'une capacité et d'une commande pour l'amélioration et la croissance.
entropie écologique - une mesure de de de biodiversité dans l'étude de l'écologie biologique .
La flèche du temps
voient également :
l'entropie de (flèche de temps) L'entropie est la seule quantité en sciences physiques qui " ; picks" ; une direction particulière pendant le temps, parfois appelée une flèche de du temps . Comme nous allons " ; forward" ; à temps, la deuxième loi de la thermodynamique nous indique que l'entropie d'un système d'isolement peut seulement augmenter ou demeurer la même ; elle ne peut pas diminuer. Par conséquent, d'une perspective, la mesure d'entropie est considérée comme genre d'horloge.
Entropie et cosmologie
voient également :
la thermodynamique de trou noir de Nous avons précédemment mentionné qu'un univers fini peut être considéré un système d'isolement. En soi, il peut être sujet à la deuxième loi de la thermodynamique, de sorte que son entropie totale augmente constamment. On a spéculé le que l'univers est destiné à une mort de la chaleur de dans laquelle toute l'énergie finit vers le haut comme distribution homogène d'énergie thermique, de sorte que plus de travail ne puisse n'être extrait à partir d'aucune source.
Si l'univers peut être considéré comme pour avoir l'entropie généralement croissante, alors - car le Roger Penrose a précisé - la pesanteur joue un rôle important dans l'augmentation parce que la pesanteur fait accumuler la matière dispersée dans les étoiles, qui effondrent par la suite dans les trous noirs . Le Jacob Bekenstein et le Stephen colportant ont prouvé que les trous noirs ont l'entropie possible maximum de n'importe quel objet de taille égale. Ceci leur fait les remarques probables d'extrémité de tous les processus entropie-croissants, si elles sont les pièges totalement efficaces de matière et d'énergie. Colporter, cependant, a récemment changé sa position sur cet aspect.
Le rôle de l'entropie dans la cosmologie demeure un sujet controversé. Les travaux récents ont moulé le doute étendu sur l'hypothèse de la mort de la chaleur et l'applicabilité de n'importe quel modèle thermo-dynamique simple à l'univers en général. Bien que l'entropie augmente dans le modèle d'un univers en expansion, l'entropie possible maximum monte beaucoup plus rapidement - ainsi la densité d'entropie est décroissante avec du temps. Ceci a comme conséquence un " ; gap" d'entropie ; poussée du système plus loin de l'équilibre. Il est difficile réconcilier d'autres facteurs de complication, tels que la densité d'énergie du vide et des effets macroscopiques du quantum , avec les modèles thermo-dynamiques, rendant toutes les prévisions de la thermodynamique à grande échelle extrêmement difficiles.
Définitions diverses
Unité - une unité d'entropie de de non-S. d'entropie thermo-dynamique, " habituellement dénoté ; e." ; et égale à une calorie par Kelvin entropie - l'entropie mécanique statistique habituelle de Gibbs de de d'un système thermo-dynamique.
entropie - un type de Boltzmann de de d'entropie de Gibbs, qui néglige des corrélations statistiques internes dans la distribution globale de particules.
entropie - une généralisation de Tsallis de de de l'entropie standard de Boltzmann-Gibbs.
l'entropie molaire standard de de - est la teneur en entropie d'une mole de substance, dans des conditions de la température standard et de pression.
l'entropie de trou noir de de - est l'entropie portée par un trou noir , qui est proportionnel à la superficie de l'horizon d'événement du trou noir.
entropie résiduelle de de - l'entropie actuelle après une substance est refroidie arbitrairement près du zéro absolu .
entropie de de de mélanger - le changement de l'entropie quand deux substances chimiques différent ou composants sont mélangés.
l'entropie de boucle de de - est l'entropie perdue en rassemblant deux résidus d'un polymère sur une distance prescribed.
l'entropie conformationnelle de de - est l'entropie liée à l'arrangement physique d'une chaîne du polymère qui assume un état globulaire de contrat ou en solution.
force entropique de de - une tendance microscopique de force ou de réaction s'est rapportée aux changements d'organisation de système, aux considérations de friction moléculaires, et aux variations statistiques.
entropie libre - un analogue potentiel thermo-dynamique entropique de de à l'énergie libre.
explosion entropique - une explosion de de dans laquelle les réactifs subissent un grand changement de volume sans libérer un grand nombre de la chaleur.
changement d'entropie de de - un changement du d'entropie dS entre deux états d'équilibre est donné par le transféré par dQrev de la chaleur de divisé par le T de la température absolue du système dans cet intervalle.
entropie - l'entropie de Sackur-Tétrode de de d'un gaz idéal classique monatomic déterminé par l'intermédiaire des considérations de quantum.
D'autres relations
D'autres définitions mathématiques
entropie de Kolmogorov-Sinai de de - un type mathématique d'entropie dans les systèmes dynamiques s'est rapporté aux mesures de cloisons. entropie topologique - une manière de de de définir l'entropie dans une carte réitérée de fonction dans la théorie ergodique .
l'entropie relative de de - est une mesure normale de distance d'un " ; true" ; de distribution de probabilité P à un arbitraire Q de distribution de probabilité.
entropie - une mesure généralisée de Rényi de de d'entropie pour des systèmes de fractale.
Définitions sociologiques
Le concept de l'entropie est également entré dans le domaine de la sociologie , généralement comme une métaphore pour le chaos, le désordre ou la dissipation de l'énergie, plutôt que comme mesure directe d'entropie thermo-dynamique ou de l'information :Entropology - l'étude ou l'examen de l'entropie ou le nom parfois donné à la thermodynamique sans équations
entropie psychologique - la distribution de de de l'énergie dans la psyche, qui tend à chercher l'équilibre ou l'équilibre parmi toutes les structures de la psyche.
entropie économique - une mesure semi-quantitative de la dissipation et de la dégradation irrévocables des matériaux normaux et énergie disponible de de en ce qui concerne l'activité économique.
entropie sociale - une mesure de de de structure de système sociale, ayant des interprétations théoriques et statistiques, c. société (variables macrosocietal) mesurée en termes de la façon dont l'individu fonctionne dans la société (variables microsocietal) ; également connexe à l'équilibre social.
L'entropie de corporation - perte de d'énergie car le de service et les affaires team l'inefficacité, c. énergie a perdu pour gaspiller. (Cette définition est comparable concept de s de Von Clausewitz à 'du frottement dans la guerre.)
Citations
N'importe quelle méthode impliquant la notion de l'entropie , l'existence même de dont dépend de la loi de deuxièmes de la thermodynamique , semblera sans aucun doute à beaucoup de forcés, et peut repousser des débutants comme obscure et difficile de la compréhension.-- Willard Gibbs , méthodes graphiques de en thermodynamique des fluides (1873)
Était mon plus grand souci ce qui pour l'appeler. J'ai pensé à l'appeler l'information de `', mais le mot a été excessivement employé, ainsi j'ai décidé de l'appeler incertitude de `'. Quand je l'ai discutée avec le John Von Neumann , il a eu une meilleure idée. Von Neumann m'a dit, `que vous devriez l'appeler l'entropie , pour deux raisons. En premier lieu votre fonction d'incertitude a été employée dans la mécanique statistique sous ce nom, ainsi elle a déjà un nom. Deuxièmement, et plus important, personne ne sait ce qu'est vraiment l'entropie, ainsi au cours d'une discussion vous aurez toujours l'avantage.
--Conversation entre le Claude Shannon et le John Von Neumann concernant quel nom à donner à la « mesure d'incertitude » ou d'atténuation dans les signaux de ligne téléphonique (1949)
Voir également
ol-commencer ol-casserFlèche de du temps
Rachet brownien
Théorie de chaos de
Fonction de départ de
Enthalpie
Introduction de à l'entropie
Taux d'entropie de ol-casser
Aimant géométriquement frustrant
Le démon de Maxwell de
Fonction de multiplicité de
Mécanique statistique
La formule de Stirling de
Potentiel thermo-dynamique
Bases de données thermo-dynamiques de pour les substances pures ol-extrémité
B : Entropie pour les débutants
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