Як визначити ентропію

Першим поняття ентропії ввів вчений Рудольф Клаузіус в 1865 році. Він назвав ентропією міру розсіювання тепла за будь-яких термодинамічних процесах. Точна формула для цієї термодинамічної ентропії виглядає так:? S =? Q / T. Тут? S - приріст ентропії в описуваному процесі,? Q - кількість тепла, передане системі або відібране у неї, T - абсолютна (вимірювана в кельвінах) температура сістеми.Первие два начала термодинаміки не дозволяють сказати про ентропію більше. Вони вимірюють тільки її приріст, але не абсолютну величину. Третій початок уточнює, що при наближенні температури до абсолютного нуля ентропія теж прагне до нуля. Таким чином, воно дає початкову точку для вимірювання ентропії. Втім, у більшості реальних експериментів вчених цікавить саме зміна ентропії в кожному конкретному процесі, а не її точні значення на початку і наприкінці процесу.

Людвіг Больцман і Макс Планк дали інше визначення тієї ж самої ентропії. Застосувавши статистичний підхід, вони прийшли до висновку, що ентропія - міра наближення системи до максимально вірогідного стану. Максимально ймовірним, в свою чергу, буде саме той стан, який реалізується максимальним числом варіантов.В класичному уявному експерименті з більярдним столом, за яким хаотично рухаються кулі, видно, що найменш імовірним буде той стан цієї «шародінаміческой системи», коли всі кулі знаходяться в одній половині столу. З точністю до розташування куль воно реалізується одним-єдиним способом. Найбільш же ймовірно стан, в якому кулі розподілені рівномірно по всій поверхні столу. Отже, в першому стані ентропія системи мінімальна, а в другому максимальна. Велику частину часу система буде проводити саме в стані з максимальною ентропіей.Статістіческая формула для визначення ентропії така: S = k * ln (?), Де k - постійна Больцмана (1,38 * 10 ^ (- 23) Дж / К), а? - Статистичний вага стану системи.

Термодинаміка стверджує своїм другим началом, що в будь-яких процесах ентропія системи як мінімум не зменшується. Статистичний підхід, однак, каже, що навіть найнеймовірніші стану все ж можуть реалізуватися, а значить, можливі флуктуації, при яких ентропія системи може і зменшуватися. Друге початок термодинаміки як і раніше справедливо, але лише якщо розглядати всю картину на великому проміжку часу.

Рудольф Клаузіус на підставі другого початку термодинаміки висунув гіпотезу теплової смерті всесвіту, коли з плином часу всі види енергії перейдуть в теплову, а вона рівномірно розподілиться по всьому світовому простору, і життя стане неможлива. Згодом ця гіпотеза була спростована: Клаузиус не врахував у своїх розрахунках вплив гравітації, через якого намальована ним картина зовсім не є найбільш імовірним станом всесвіті.

Ентропію іноді називають мірою безладдя, оскільки найбільш ймовірне стан, як правило, менш структуровано в порівнянні з іншими. Однак таке розуміння не завжди вірно. Наприклад, кристал льоду в порівнянні з водою більш впорядкований, але являє собою стан з більшою ентропією.