Co to jest entropia?

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 wlejesz cukier do kawy lub stopisz kostkę lodu w szklankę. Entropia może wpływać na przestrzeń, na którą rozprzestrzenia się substancja, jej faza zmienia się z stałego na ciecz na gaz lub pozycję. W fizyce entropia jest matematycznym pomiarem zmiany od większej na mniejszą energię potencjalną, związaną z drugim prawem termodynamiki.

Entropia pochodzi z greckiego słowa znaczenia „transformacja”. Ta definicja daje nam wgląd w to, dlaczego rzeczy pozornie się przekształcają bez powodu. Systemy mogą utrzymywać organizację tylko na poziomie molekularnym, o ile dodaje się energia. Na przykład woda gotuje się tylko tak długo, jak trzymasz patelnię nad płomieniami. Dodajesz ciepło, formę energii kinetycznej, aby przyspieszyć cząsteczki w wodzie. Jeśli źródło ciepła zostanie usunięte, wszyscy możemy się domyślićże woda będzie stopniowo ochłodzić się do temperatury pokojowej. Wynika to z entropii, ponieważ cząsteczki wody mają tendencję do zużywania zgromadzonej energii potencjalnej, uwalniania ciepła i kończą z niższą energią potencjalną.

Temperatura nie jest jedyną transformacją związaną z entropią. Zmiany zawsze obejmują przejście od nierównowagi do równowagi, zgodnie z przejściem do zmniejszenia kolejności. Na przykład cząsteczki zawsze rozprzestrzeniają się, aby jednolicie wypełniać pojemnik. Kiedy kapimy barwnik spożywczy w przezroczystej szklance wody, nawet jeśli jej nie mieszamy, to zjednoczone koncentracja kropli będzie stopniowo rozprzestrzeniać się, aż każda część wody będzie miała taką samą gęstość koloru.

Inny rodzaj entropii, który ma związek z widocznym ruchem (w przeciwieństwie do niewidzialnego ruchu ciepła) wiąże się z grawitacją. Chyba że włożymy energię do systemu, takiego jak ramię i piłka, przytrzymując obiekt, upada hold ziemia. Podwyższona pozycja ma wyższą energię potencjalną. Zostaje przekształcony w energię ruchu kinetyczną, gdy obiekt spada. Obiekt zawsze kończy się pozycją najniższej możliwej energii potencjalnej, na przykład odpoczynku na podłodze.

Mówiąc bardziej technicznie, entropia jest specyficzną wartością, która mierzy, ile energii jest uwalniane w systemie, gdy osiedla się w najniższej energii potencjalnej. Entropia ocenia ilość zaburzenia, rozumianą jako zmiana ciepła, od wcześniejszego punktu do późniejszego punktu. Musi się to zdarzyć w „zamkniętym” systemie, w którym energia nie wycieka ani nie przelewa się. Teoretycznie można to zmierzyć, ale praktycznie bardzo trudno jest stworzyć absolutnie zamknięty scenariusz. W podanym powyżej przykładu kolorystyki spożywczej część roztworu barwnika spożywczego może być odparowywanie, osobny proces od jednolitego rozkładu substancji rozpuszczonej.