Co to jest Entropy?

Entropia opisuje tendencję systemów do przechodzenia ze stanu wyższej organizacji do stanu najniższej organizacji na poziomie molekularnym. W codziennym życiu intuicyjnie rozumiesz, jak działa entropia za każdym razem, gdy wlewasz cukier do kawy lub rozpuszczasz kostkę lodu w szklance. Entropia może wpływać na przestrzeń, do której rozprzestrzenia się substancja, jej zmianę fazy ze stałej na płynną na gazową lub jej pozycję. W fizyce entropia jest matematycznym pomiarem zmiany od energii potencjalnej większej do mniejszej, związanej z drugą zasadą termodynamiki.

Entropia pochodzi od greckiego słowa oznaczającego „transformacja”. Ta definicja daje nam wgląd w to, dlaczego rzeczy pozornie zmieniają się bez powodu. Systemy mogą utrzymywać organizację na poziomie molekularnym, dopóki dodawana jest energia. Na przykład woda będzie gotować tylko tak długo, jak długo będziesz trzymać patelnię nad płomieniami. Dodajesz ciepło, formę energii kinetycznej, aby przyspieszyć molekuły w wodzie. Jeśli źródło ciepła zostanie usunięte, wszyscy możemy zgadywać, że woda będzie stopniowo schładzać się do temperatury zbliżonej do pokojowej. Wynika to z entropii, ponieważ cząsteczki wody mają tendencję do wykorzystywania swojej nagromadzonej energii potencjalnej, uwalniania ciepła i kończą z niższą energią potencjalną.

Temperatura nie jest jedyną transformacją związaną z entropią. Zmiany zawsze obejmują przejście z nierównowagi do równowagi, zgodnie z przejściem do malejącego porządku. Na przykład cząsteczki zawsze rozprzestrzeniają się, aby równomiernie wypełnić pojemnik. Kiedy kapie barwnik spożywczy w przezroczystej szklance wody, nawet jeśli go nie mieszamy, to jednolite stężenie kropli będzie stopniowo rozprzestrzeniać się, aż każda część wody będzie miała tę samą gęstość koloru.

Innym rodzajem entropii związanym z ruchem widzialnym (w przeciwieństwie do niewidzialnego ruchu ciepła) jest grawitacja. O ile nie włożymy energii do układu, takiego jak ramię i piłka, trzymając przedmiot, spadnie on w kierunku ziemi. Pozycja podwyższona ma wyższą energię potencjalną. Gdy obiekt spada, zamienia się w energię kinetyczną ruchu. Obiekt zawsze kończy się w pozycji o możliwie najniższej energii potencjalnej, takiej jak oparcie o podłogę.

Mówiąc bardziej technicznie, entropia jest określoną wartością, która mierzy ilość energii uwalnianej w systemie, gdy osiada ona na najniższej energii potencjalnej. Entropia ocenia stopień nieporządku, rozumianego jako zmiana ciepła, od wcześniejszego do późniejszego momentu. Musi się to zdarzyć w „zamkniętym” systemie, w którym energia nie wycieka ani nie wydostaje się. Teoretycznie można to zmierzyć, ale praktycznie bardzo trudno jest stworzyć całkowicie zamknięty scenariusz. W podanym powyżej przykładzie barwienia żywności część roztworu barwiącego żywność może odparowywać, co jest procesem oddzielnym od jednolitego rozkładu substancji rozpuszczonej.