إنتروبية

موضوع: إنتروبية الإثنين فبراير 22, 2010 12:25 pm

إنتروبية

الإنتروبية او الإعتلاج S تمثل قياسا لمقدار الطاقة في النظام الفيزيائي
التي لا يمكن استخدامها لإنتاج عمل . و هذا يؤول بكلام آخر إلى أنها مقياس
لمدى العشوائية أو إنعدام النظام الفيزيائي . و يمكن على هذا الأساس القول
أن الإعتلاج أيضا هو مقياس لمدى قابلية قلب عملية ترموديناميكية ما. حسب
بولتزمان تعتبر الإنتروبية مقياس لإحتمال حالة فزيائية معينة. و قد صاغ ذلك
في القانون التالي:

S = k.lnW

حيث k هي ثابت بولتزمان و تساوي 1,380662.10 − 23J / K و W هي إحتمال حدوث
حالة ترموديناميكية

في الترموديناميك و الميكانيك الإحصائي , تشكل الإنتروبية متغيرا فيزيائيا
أساسيا لوصف نظام ترمودينامي . حيث تمثل الإنتروبية قياسا لمقدار الطاقة
الحرارية التي لا يمكن تحويلها إلى عمل[1] .

جملة الواحدات الدولية تقدر الإنتروبية بالجول لكل كلفن (J·K−1) , و هي نفس
واحدة السعة الحرارية, حيث تعتبر الإنتروبية مرافقة conjugate لدرجة
الحرارة .

تعتمد الإنتروبية فقط على الحالة الراهنة للنظام الترمودينامي , و ليس على
تاريخه التفصيلي , أي انه دالة حالة state function للمؤشرات الترمودينامية
مثل الضغط و درجة الحرارة , .. الخ , التي تصف الخواص المجهرية المقيسة
للنظام .

يوجد ارتباط مهم بيت الإنتروبية و مقدار الطاقة الداخلية في النظام التي لا
يمكن تحويلها لعمل . ففي أي عملية عندما يعطي النظام طاقة بمقدار ΔE , و
تنخفض إنتروبيته بمقدار ΔS فإن مقدارا TR ΔS من هذه الطاقة على الأقل يجب
أن يذهب لمحيط النظام بشكل حرارة غير قابلة للاستعمال , و إلا فإن العملية
لن تستمر . (TR هي حرارة المحيط الخارجي للنظام, الذي لا يمكن ان يكون بنفس
درجة حرارة النظام T ).
لفهم الأنتروبي يجب أولا أن نعرف الفرق بين العمليات العكوسة وغير العكوسة ،
مثلا إذا تغيرت منظومة ما وتمكنت للعودة لحالتها الأصلية سميت هذه العملية
عكوسة ومن أمثلتها الضغط على نابض بشكل خفيف وتركه يعود لحالته الأصلية
هذه الحالة هي أقرب ما يكون للعماليات العكسية إذ تكون فيها الطاقة الضائعة
قليلة ومن الناحية التيرموديناميكية تبدأ المنظومة وتنتهي بنفس النقطة
تقريبا.
أما العمليات الغير عكوسة مثلا اشتعال المزيج الغازي داخل محرك فحين اشتعال
المزيج بشرارة شمعة الإشعال (بوجي) ينفجر الخليط ويدفع الاسطوانة للأسفل
ولو أن الأسطوانة ستعود لموقعها في نهاية الشوط إلا أنه من الناحية
الترموديناميكية تصبح المنظومة مختلفة تماما ، وبهذا المثال تتحول نسبة
صغيرة من الطاقة الكيمائية لعمل مفيد ويضيع الجزء الأكبر على شكل ذبذبة
ميكانيكية وحرارة في هذا المثال تبدأ المنظومة بحالة تيرموديناميكية وتنتهي
بأخرى مع زيادة بالأنتروبي.
بشكل عام تعتبر العمليات العنيفة غير عكوسة لإن تغيراتها المفاجئة و
صدماتها تعمل على إقلاق نظام أو ترتيب مكونات المنظومة ، إذا يصاحب
العمليات الغير عكسية زيادة في الفوضى وهذا ما يعنيه العلماء بالأنتروبي .
تسير المنظومات الغير عكسية دائما باتجاه معين ولا يمكن ترموديناميكيا
إرجاعها إلى الوراء أو جمعها مع بعض بسبب قانون زيادة الأنتروبي ، أي أن
اتجاه الأنتروبي إلى الأمام مع محور الزمن فمثلا:
سيارتك حين كانت جديدة ومكابسها لماعة بدأت بالاستهلاك أحيانا تقوم بإزالة
الرواسب عن مكابسها و إصلاح محركها الخ.. إلا أن هذا العمل لا يتم إلا على
حساب زيادة الأنتروبي للأدوات التي تستخدم في هذه العملية والتي ترجئ فقط
مصيرها المحتوم لبعض الوقت .
ولمثال ابسط :
ورق اللعب حين نبدأ بورق اللعب يكون مرتبا حسب التسلسل عندها يكون
الأنتروبي مساويا للصفر وحين يبدأ اللعب يختلط الورق يتزايد حتى يصل لأعلى
ذروة

بشكل عام، يمكن القول أن الأنتروبي هو تعبير عن درجة عشوائية الجملة: كلما
زادت العشوائية تزداد كمية الأنتروبي.
و نظرا لأن "العمل" و "الحرارة" هما وجهان للطاقة، العمل هو الوجه "المنظم"
للطاقة و الحرارة هي الوجه "العشوائي" للطاقة، فازدياد الأنتروبي يعبر عن
زيادة كمية الحرارة.

و لا تقاس كمية الأنتروبي بحد ذاتها، بل يقاس "تغير" الأنتروبي، و هو دائما
موجب... أي أن الأنتروبي تزداد باستمرار في جملة ما، و لا يمكن إنقاصها.

يعرف تغير الأنتروبي في علم الترموديناميك بأنه تغير كمية الحرارة مقسوما
على درجة الحرارة المطلقة. و يحسب التغير الكلي للأنتروبي بإجراء تكامل
لتغيراته الجزئية.