Co je entropie?

Entropie popisuje tendenci systémů přecházet ze stavu vyšší organizace do stavu nejnižší organizace na molekulární úrovni. Ve svém každodenním životě intuitivně chápete, jak entropie funguje, kdykoli nalijete do kávy cukr nebo roztavíte kostku ledu ve sklenici. Entropie může ovlivnit prostor, do kterého se látka šíří, její fázová změna z pevné na kapalnou na plyn nebo její polohu. Ve fyzice je entropie matematické měření změny z větší na menší potenciální energii související s druhým zákonem termodynamiky.

Entropie pochází z řeckého slova, což znamená „transformace“. Tato definice nám umožňuje nahlédnout do toho, proč se věci zdánlivě mění bez důvodu. Systémy mohou udržovat organizaci pouze na molekulární úrovni, pokud je přidána energie. Například voda se bude vařit, pouze pokud držíte pánev nad plameny. Přidáváte teplo, formu kinetické energie, abyste urychlili molekuly ve vodě. Je-li zdroj tepla odstraněn, můžeme všichni hádat, že voda se postupně ochladí na přibližně pokojovou teplotu. Je to kvůli entropii, protože molekuly vody mají tendenci spotřebovávat svou akumulovanou potenciální energii, uvolňovat teplo a nakonec s nižší potenciální energií.

Teplota není jediná transformace zapojená do entropie. Tyto změny vždy zahrnují přechod od nerovnováhy k rovnováze, v souladu s přechodem do klesajícího pořadí. Například molekuly se vždy rozprostřou, aby se nádoba rovnoměrně naplnila. Když kapáme potravinářské barvivo v čiré sklenici vody, i když ji nemícháme, tato sjednocená koncentrace kapky se bude postupně rozprostírat, dokud nebude mít každá část vody stejnou hustotu barvy.

Jiný typ entropie, který má co do činění s viditelným pohybem (na rozdíl od neviditelného pohybu tepla), zahrnuje gravitaci. Pokud do systému nevložíme energii, jako paže a koule, zvedneme-li předmět, spadne na zem. Zvýšená poloha má vyšší potenciální energii. Když objekt klesá, převede se na pohybovou energii pohybu. Objekt vždy skončí s polohou nejnižší možné potenciální energie, například spočívající na podlaze.

Z technického hlediska je entropie specifická hodnota, která měří, kolik energie se uvolní v systému, když se usadí na nejnižší potenciální energii. Entropie hodnotí množství poruchy, chápané jako změna tepla, z dřívějšího bodu do pozdějšího časového bodu. To se musí stát v „uzavřeném“ systému, kde nedochází k úniku ani vstupu energie. Teoreticky to lze měřit, ale prakticky je velmi obtížné vytvořit naprosto uzavřený scénář. Ve výše uvedeném příkladu potravinářského barviva může být část potravinářského barvicího roztoku odpařována, což je samostatný proces od rovnoměrného rozložení solutu.