Entropia în termodinamică în cuvinte simple. Ce este entropia? Video Despre entropie

Eroina din filmul Whatever Works de Woody Allen definește entropia ca fiind ceea ce face dificilă introducerea pastei de dinți înapoi în tub. Ea explică, de asemenea, principiul incertitudinii Heisenberg într-un mod interesant, un alt motiv pentru a viziona filmul.

Entropia este o măsură a dezordinei, a haosului. Ți-ai invitat prietenii la o petrecere de Anul Nou, ai făcut curățenie, ai spălat podeaua, ai așezat gustări pe masă, ai pus băuturi. Pe scurt, au pus totul în ordine și au eliminat cât de mult haos au putut. Acesta este un sistem cu entropie scăzută

Ce este entropia în cuvinte simple: definiție în ce zone este folosit acest termen. Exemple clare de entropie în viață.

Cu toții probabil vă puteți imagina ce se întâmplă cu apartamentul dacă petrecerea este un succes: haos total. Dar dimineata ai la dispozitie un sistem cu entropie mare.

Pentru a pune în ordine apartamentul, trebuie să faceți ordine, adică să cheltuiți multă energie pe el. Entropia sistemului a scăzut, dar nu există nicio contradicție cu a doua lege a termodinamicii - ați adăugat energie din exterior, iar acest sistem nu mai este izolat.

Una dintre opțiunile pentru sfârșitul lumii este moartea termică a universului din cauza celei de-a doua legi a termodinamicii. Entropia universului va atinge maximul și nu se va întâmpla nimic altceva în el.

În general, totul sună destul de deprimant: în natură, toate lucrurile ordonate tind spre distrugere, spre haos. Dar atunci de unde vine viața pe Pământ? Toate organismele vii sunt incredibil de complexe și ordonate și, într-un fel, își petrec întreaga viață luptând cu entropia (deși întotdeauna câștigă în cele din urmă.

Totul este foarte simplu. Organismele vii în procesul vieții redistribuie entropia în jurul lor, adică își dau entropia la tot ce pot. De exemplu, când mâncăm un sandviș, transformăm pâine și unt frumos, comandat, în ceva cunoscut. Se pare că am dat entropia noastră sandvișului, dar în sistemul general entropia nu a scăzut.

Și dacă luăm pământul ca întreg, atunci nu este deloc un sistem închis: soarele ne furnizează energie pentru a lupta împotriva entropiei.

Psihologia entropiei.

Entropia - modul în care un individ interacționează cu mediul social este determinat de faptul că mediul social, pe de o parte, și individul, pe de altă parte, pot include tendințe entropice și negentropice, iar anumite raporturi ale acestora formează moduri combinatorii posibile de interacţiune; gama lor largă face posibilă depășirea definiției limitate a personalității ca sistem stabil care funcționează în condiții de mediu în schimbare.

Dacă luăm axa „personalitate – mediu social”, invariantă în aparatul nostru conceptual, și ne imaginăm rotația ei reciprocă cu axa „entropie-negentropie”, care conține răspunsul la întrebarea „cum are loc interacțiunea?”, atunci avem patru opțiuni inițiale la dispoziție:

1) tendințe negentropice ale mediului social;
2) tendințe de entropie în mediul social;
3) tendințe de personalitate negentropice;
4) tendințele entropice ale personalității.

Este necesar să descriem pe scurt fiecare dintre ele.

1. Tendințe negentropice ale mediului social. Bacon a pus și întrebarea cum poate exista o persoană într-o ordine socială și, în general, din ce este alcătuită această ordine socială. Majoritatea teoriilor sociologice moderne sunt dedicate clarificării naturii sale. În legătură cu sarcina noastră, ei descriu parametrii posibili ai sistemului „personalitate - mediu social”, este suficient să rețineți: o persoană poate fi inclusă în relații formale și informale, a căror calitate principală este repetarea, claritatea și organizarea, ritualismul și stereotipizarea condițiilor sociale – situații de comportament individual. Se știe că societatea nu poate influența efectiv un individ inclus într-un grup dacă strategia influenței sociale nu este consistentă, unanimă și consecventă.

2. Tendințe de entropie în mediul social. Elemente de haos și dezordine, destabilizare socială și dezorganizare a structurii în anumite etape ale dezvoltării sale, E. Durkheim a considerat chiar o condiție necesară dezvoltării societății, prezența anumitor elemente de dezorganizare în ea. După cum se știe, el a subliniat acest punct în legătură cu studiul naturii anomiei sociale și a criminalității. Fără a intra în detalii ale unei analize critice a opiniilor lui E. Durkheim, dorim să subliniem că tendințele de entropie se observă în mod deosebit în mod clar în funcționarea grupurilor sociale mici în climatul microsocial al unor asociații umane formale și informale. Un exemplu ar fi o companie beată, o mulțime încântată în timpul unui spectacol sportiv, o situație într-o echipă de lucru cu o distribuție neclară a funcțiilor și a rolurilor, o adunare aleatorie de oameni neuniți printr-un fir comun etc.

3. Tendințele de personalitate negentropice. Aceasta se referă la consistența opiniilor și atitudinilor individului; consistenta si organizarea acesteia in actiuni. Pare inutil să examinăm în detaliu mecanismele pentru asigurarea și obținerea stabilității și consecvenței organizării în viața unei persoane, deoarece această problemă este discutată pe scară largă în literatura psihologică și numeroase lucrări sunt dedicate studiului său. Nu putem decât să subliniem că studenții și adepții lui D. N. Uznadze asociază mecanismul de stabilitate a comportamentului individual și a trăsăturilor caracterologice, viziunea asupra lumii și credințele cu fixarea unei atitudini, cu o anumită organizare a atitudinilor fixe, structura lor sistemică și tendința internă spre consolidare. și compatibilitate.

4. Tendințele de entropie ale personalității. Disocierile comportamentale, dezorganizarea, inconsecvența în acțiuni și convingeri, instabilitatea emoțională sunt manifestări ale haosului intern și ale tendințelor entropice ale individului. Nu există nicio îndoială că starea limitativă a creșterii entropiei este caracteristică patologiei, dar ar fi greșit să simplificăm întrebarea în acest fel, ca și cum creșterea entropiei ar fi asociată cu patologia, iar creșterea negentropiei cu sănătatea mintală. Mai mult, la multe tulburări nevrotice se remarcă supraorganizarea, adusă la forme patologice de ritualizare și, dimpotrivă, la indivizii practic sănătoși în anumite condiții se poate observa o creștere a tendințelor entropice. Acest lucru este bine demonstrat în binecunoscutele experimente ale lui L. Festinger, T. Newcombe și A. Pepitone, F. G. Zimbardo în legătură cu studiul fenomenului de deindividualizare, care a fost deja parțial discutat. Cert este că unul dintre indicatorii deindividualizării, conform acestor congestii, este impulsivitatea și distructivitatea comportamentului, scăderea autocontrolului, comportamentul haotic și dezorganizarea stărilor intrapersonale. F. G. Zimbardo a formulat succint și clar lupta dintre două momente - haos și ordine - din existența umană: „În eterna luptă a ordinii și haosului, sperăm la triumful individuației, dar în mod misterios suntem în conspirație cu forțele interne care emană din adâncimi incontrolabile ale deindividualizării”.

Filosofia entropiei.

ENTROPIA (din greacă entropia - rotație, transformare) face parte din energia internă a unui sistem închis sau a complexului energetic al Universului, care nu poate fi folosită, în special nu poate fi convertită sau transformată în lucru mecanic. Determinarea exactă a entropiei se face folosind calcule matematice. Efectul entropiei este cel mai clar văzut în exemplul proceselor termodinamice. Astfel, căldura nu se transformă niciodată complet în lucru mecanic, fiind transformată în alte tipuri de energie. Este de remarcat faptul că în timpul proceselor reversibile valoarea entropiei rămâne neschimbată în timpul proceselor ireversibile, dimpotrivă, crește constant, iar această creștere se produce datorită scăderii energiei mecanice; În consecință, toate procesele ireversibile care au loc în natură sunt însoțite de o scădere a energiei mecanice, care în cele din urmă ar trebui să ducă la paralizie generală sau, cu alte cuvinte, „moarte prin căldură”. Dar o asemenea concluzie este valabilă doar în cazul postulării totalitarismului Universului ca realitate empirică închisă. Hristos. teologii, bazați pe entropie, au vorbit despre finitudinea lumii, folosind-o ca dovadă a existenței lui Dumnezeu.

Entropia este în creștere. Crește entropia în sistemele izolate?

Cinci mituri despre dezvoltare și entropie. Mitul trei.
Ținem banii sub cheie și ascundem mâncarea în gheață de căldură.
Dar este complet insuportabil pentru o persoană să trăiască în singurătate și închisă.
A doua lege a termodinamicii spune că entropia într-un sistem izolat nu scade, adică rămâne la fel sau crește. Poate crește în afara unui sistem izolat?
Să observăm imediat că termenul „sistem” în formularea celui de-al doilea principiu este folosit doar pentru concizie. Este înțeles ca orice set de elemente, în timp ce sistemul include conexiuni între ele și își asumă o anumită integritate. Atât conexiunile, cât și integritatea nu pot decât să încetinească creșterea entropiei, excluzând unele stări (posibil nedorite pentru sistem). În niciun alt aspect, sistematicitatea nu este importantă pentru al doilea principiu.
Cerința de izolare apare deoarece dintr-un sistem deschis, entropia poate fi exportată și disipată în mediu. Dar, după ce setul izolat de elemente s-a echilibrat și a ajuns la cea mai probabilă macrostare, entropia, ajungând la un maxim, nu poate crește mai departe.
O creștere a entropiei este posibilă numai în prezența unui fel de dezechilibru, care nu va apărea până când afluxul de energie din exterior sau ieșirea acesteia în exterior nu este reluat. Nu degeaba plasăm lucrurile în depozite izolate - acest lucru previne influențele externe care contribuie la apariția dezechilibrului și la creșterea în continuare a entropiei. Prin urmare, izolarea, ca și sistematicitatea, nu contribuie la creșterea entropiei, ci doar garantează nescăderea acesteia. În afara sistemului izolat, în mediul deschis, are loc în primul rând creșterea entropiei.
Deși formularea clasică a celei de-a doua legi nu spune cum se modifică entropia în sistemele și mediile deschise, aceasta nu este o problemă mare. Este suficient să separă mental o secțiune a mediului sau un grup de sisteme deschise care participă la proces și care nu experimentează influențe externe și să le consideri un singur sistem izolat. Atunci entropia lor totală nu ar trebui să scadă. Așa a raționat, de exemplu, W. Ashby când a evaluat impactul unui sistem asupra altuia, iar I. Prigogine când a luat în considerare structurile disipative.
Mai rău este că o clasă mare de procese în care crește entropia, și anume procesele de acumulare de perturbări în sisteme sub influența forțelor externe, pare să scape de influența celui de-al doilea principiu - la urma urmei, ele nu pot apărea în sisteme izolate!
Prin urmare, ar fi mai bine să formulăm legea după cum urmează: orice proces spontan de transformare a energiei, masei, informațiilor nu reduce entropia totală a tuturor sistemelor și părților mediului asociate cu acesta. În această formulare se înlătură cerința excesivă de sistematicitate, se asigură izolarea prin luarea în considerare a tuturor elementelor care participă la proces și se afirmă valabilitatea legii pentru toate procesele spontane.

Entropie în cuvinte simple. Ce este entropia în cuvinte simple

Cel mai adesea cuvântul „entropie” se găsește, desigur, în fizica clasică. Acesta este unul dintre cele mai complexe concepte ale acestei științe, așa că chiar și studenții universităților de fizică întâmpină adesea probleme atunci când percep acest termen. Acesta este, desigur, un indicator fizic, dar este important să înțelegem un fapt - entropia nu este similară cu conceptele obișnuite de volum, masă sau presiune, deoarece entropia este tocmai o proprietate a materiei specifice pe care o luăm în considerare.

În termeni simpli, entropia este o măsură a câte informații nu știm despre un anumit subiect. Ei bine, de exemplu, când sunt întrebat unde locuiesc, vă voi răspunde - la Moscova. Aceasta este o coordonată foarte specifică - capitala Federației Ruse - cu toate acestea, Moscova este un oraș destul de mare, așa că rămâneți încă necunoscut la informațiile exacte despre locația mea. Dar când vă spun codul meu poștal, de exemplu, atunci entropia despre mine ca obiect va scădea.

Aceasta nu este o analogie complet exactă, așa că să dăm un alt exemplu pentru a clarifica. Să presupunem că tu și cu mine luăm zece zaruri cu șase fețe. Să le aruncăm pe toate pe rând și apoi vă voi spune suma indicatorilor căzuți - treizeci. Pe baza sumei tuturor rezultatelor, nu veți putea spune exact ce număr a apărut pe care mor - pur și simplu nu aveți suficiente date pentru aceasta. În cazul nostru, fiecare număr scăpat în limbajul fizicienilor va fi numit microstare, iar suma egală cu treizeci, în același dialect fizic, va fi numită macrostare. Dacă numărăm câte microstări posibile ne pot da în total trei duzini, vom ajunge la concluzia că numărul lor ajunge la aproape trei milioane de valori. Folosind o formulă specială, putem calcula indicele de entropie în acest experiment de probabilitate - șase și jumătate. De unde a venit jumătate, ați putea să vă întrebați? Această parte fracțională apare datorită faptului că la numerotarea în ordinea a șaptea putem opera doar cu trei numere - 0, 1 și 2.

Entropia în biologie. Entropie (valori)

Entropie:

• Entropia este o măsură a disipării ireversibile a energiei, o măsură a abaterii unui proces real de la unul ideal.
• Entropia termodinamică este o funcție a stării unui sistem termodinamic
• Entropie (biologie) - în ecologie biologică, o unitate de măsură a variabilității biologice.
• Entropia informațională este o măsură a haosului informației, incertitudinea apariției oricărui simbol al alfabetului primar.
• Entropia este o rețea descentralizată de comunicații peer-to-peer, concepută pentru a fi rezistentă la cenzura rețelei.
• Entropia topologică
• Entropia metrică
• Entropia unui sistem dinamic
• Entropia diferenţială
• Entropia unei limbi este o funcție statistică a textului într-o anumită limbă, sau limba în sine, care determină cantitatea de informații pe unitatea de text.
• Entropy (jurnal) este o revistă internațională interdisciplinară în limba engleză despre entropie și cercetarea informațiilor.

• „Entropia” este un lungmetraj din 2012 de Maria Sahakyan.
• Entropia (joc de masă) este un joc de masă din 1977 de Eric Solomon și 1994 de Augustin Carreno.

Video despre entropie

Exemple de entropie. Introducere

Entropie

Următoarea definiție a entropiei se găsește în dicționarul de cuvinte străine: entropie - 1) în fizică - una dintre mărimile care caracterizează starea termică a unui corp sau a unui sistem de corpuri; o măsură a tulburării interne a sistemului; pentru toate procesele care au loc într-un sistem închis, entropia fie crește (procese ireversibile), fie rămâne constantă (procese reversibile); 2) în teoria informației - o măsură a incertitudinii unei situații (variabilă aleatoare) cu un număr finit sau par de rezultate, de exemplu, un experiment înaintea căruia rezultatul nu este cunoscut exact.

Conceptul de entropie a fost introdus pentru prima dată în știință de către Clausius în 1865 ca o dezvoltare logică a termodinamicii Carnot.

Dar caracterizez acest concept ca pe o măsură a haosului. După părerea mea, acesta este cel mai optim subiect în acest moment pentru că este complet legat de viață. Entropia este în orice. În natură, în om, în diverse științe. Chiar și nașterea unei persoane în uter începe cu haos. Entropia poate fi, de asemenea, asociată cu formarea planetei, deoarece înainte de apariția lui Dumnezeu pe Pământ, toate fenomenele naturale și tot ceea ce era pe planetă erau într-un grad ridicat de entropie. Dar după șapte zile, planeta a căpătat un aspect ordonat, adică totul a căzut la loc.

Pe baza constatărilor mele, aș dori să analizez acest fenomen mai detaliat și, ca să spunem așa, să reduc entropia înțelegerii acestui fenomen.

Entropia Universului este o mărime care caracterizează gradul de dezordine și starea termică a Universului. Definiția clasică a entropiei și metoda de calcul a acesteia nu sunt potrivite pentru Univers, deoarece forțele gravitaționale acționează în el, iar materia însăși nu formează un sistem închis. Cu toate acestea, se poate dovedi că în volumul însoțitor se păstrează entropia totală.

Într-un Univers care se extinde relativ lent, entropia în volumul însoțitor este conservată, iar ordinul de mărime al entropiei este egal cu numărul de fotoni.

Legea conservării entropiei în Univers

În general, creșterea energiei interne are forma:

Să luăm în considerare faptul că potențialul chimic al particulelor este egal ca valoare și opus ca semn:

Dacă considerăm că expansiunea este un proces de echilibru, atunci ultima expresie poate fi aplicată volumului însoțitor (V∝a3(\displaystyle V\propto a^(3)), unde a(\displaystyle a) este „raza” ale Universului). Cu toate acestea, în volumul însoțitor rămâne diferența dintre particule și antiparticule. Ținând cont de acest fapt, avem:

Dar motivul schimbării volumului este expansiunea. Dacă acum, ținând cont de această împrejurare, diferențiem ultima expresie în timp:

Acum, dacă înlocuim ecuația de continuitate inclusă în sistem:

Acesta din urmă înseamnă că entropia în volumul însoțitor este conservată.

Încoronarea lui Frederic în biserica Castelului Königsberg

Frederick, fiul electorului de Brandenburg, Friedrich Wilhelm, supranumit Marele Elector, s-a născut la Königsberg la 11 iulie 1657 din prima soție a tatălui său, Louise Henrietta. Moartea fratelui său mai mare, Charles-Emil, în 1674, i-a deschis calea către coroană.

Slab de sănătate, fără spinare, ușor de influențat, era predispus la fast și splendoare. Diferența izbitoare dintre el și tatăl său a fost remarcată de toți istoricii - diferența de caracter, vederi și aspirații. Lavis îl numește pe Frederick fiul risipitor dintr-o familie de avari. Alături de pasiunea pentru lux a fost închinarea lui Frederic al III-lea față de tot ce este francez. Deutsch-französische Modegeist din 1689 afirmă: „Acum totul trebuie să fie francez: limba franceză, îmbrăcăminte franceză, bucătărie franceză, mâncăruri franțuzești, dans francez, muzică franceză și boala franceză. Spiritul francez mândru, înșelător și depravat i-a adormit complet pe germani.” Pentru întreținerea curții s-au cheltuit până la 820.000 de taleri pe an, adică doar cu 10.000 de taleri mai puțin decât pentru întreținerea întregii administrații civile a statului. Frederic al II-lea l-a caracterizat pe bunicul său cu cuvintele: „Mare în lucruri mici și mic în lucruri mari”.

Cel mai eficient ciclu de motor termic este ciclul termic Carnot. Constă din două procese izoterme și două procese adiabatice. A doua lege a termodinamicii spune că nu toată căldura furnizată unui motor termic poate fi folosită pentru a efectua lucrări. Eficiența unui astfel de motor care implementează ciclul Carnot dă valoarea limită a acelei părți a acestuia care poate fi utilizată în aceste scopuri.

Câteva cuvinte despre reversibilitatea proceselor fizice

Un proces fizic (și în sens restrâns termodinamic) într-un anumit sistem de corpuri (inclusiv solide, lichide, gaze) este reversibil dacă, după ce a fost efectuat, este posibil să se restabilească starea în care se afla sistemul înainte de el. a început. Dacă nu poate reveni la starea inițială la sfârșitul procesului, atunci este ireversibilă.

Procesele reversibile nu apar în natură. Acesta este un model idealizat al realității, un fel de instrument pentru studiul său în fizică. Un exemplu de astfel de proces este ciclul Carnot. Un motor termic ideal este un model al unui sistem real care implementează un proces numit după fizicianul francez Sadi Carnot, care l-a descris pentru prima dată.

Ce cauzează ireversibilitatea proceselor?

Factorii care duc la aceasta includ:

• căldura curge de la sursa de căldură la consumator la o diferență finită de temperatură între ele;
• expansiune nelimitată a gazului;
• amestecarea a două gaze;
• frecare;
• trecerea curentului electric prin rezistență;
• deformare inelastică;
• reacții chimice.

Procesul este ireversibil dacă oricare dintre acești factori este prezent. Ciclul ideal Carnot este un proces reversibil.

Procese reversibile intern și extern

Atunci când se realizează un proces, factorii ireversibilității acestuia pot fi localizați în cadrul sistemului de corpuri însuși, precum și în împrejurimile acestuia. Se numește reversibil intern dacă sistemul poate fi restabilit la aceeași stare de echilibru în care se afla la început. Mai mult, nu pot exista factori de ireversibilitate în cadrul acestuia cât timp durează procesul în cauză.

Dacă nu există factori de ireversibilitate în afara granițelor sistemului într-un proces, atunci acesta se numește reversibil extern.

Un proces se numește complet reversibil dacă este reversibil atât intern, cât și extern.

Ce este un ciclu Carnot?

În acest proces, implementat de un motor termic ideal, fluidul de lucru - gaz încălzit - efectuează lucrări mecanice datorită căldurii primite de la rezervorul termic de înaltă temperatură (încălzitor) și, de asemenea, degajă căldură rezervorului termic la temperatură joasă ( frigider).

Ciclul Carnot este unul dintre cele mai cunoscute cicluri reversibile. Este format din patru procese reversibile. Deși astfel de bucle sunt de neatins în practică, ele stabilesc limite superioare ale performanței buclelor reale. Teoria arată că acest ciclu direct transformă energia termică (căldura) în lucru mecanic cu randamentul maxim posibil.

Cum completează un gaz ideal ciclul Carnot?

Luați în considerare un motor termic ideal care conține un cilindru de gaz și un piston. Cele patru procese reversibile din ciclul de funcționare al unei astfel de mașini sunt:

1. Expansiune izotermă reversibilă. La începutul procesului, gazul din butelie are o temperatură T H. Prin pereții cilindrului intră în contact cu un încălzitor, care are o diferență de temperatură infinitezimală cu gazul. În consecință, factorul de ireversibilitate corespunzător sub forma unei diferențe finite de temperatură este absent și are loc un proces reversibil de transfer de căldură de la încălzitor la fluidul de lucru - gaz. Energia sa internă crește, se extinde încet, în timp ce lucrează pentru a deplasa pistonul și rămânând la o temperatură constantă T H. Cantitatea totală de căldură transferată gazului de către încălzitor în timpul acestui proces este egală cu Q H, dar numai o parte din aceasta este ulterior transformată în lucru.

2. Expansiune adiabatică reversibilă. Încălzitorul este îndepărtat și gazul care trece prin ciclul Carnot se extinde lent adiabatic (cu entropie constantă) fără schimb de căldură prin pereții cilindrului sau piston. Munca sa de a deplasa pistonul duce la o scădere a energiei interne, care se exprimă printr-o scădere a temperaturii de la T H la T L . Dacă presupunem că pistonul se mișcă fără frecare, atunci procesul este reversibil.

3. Compresie izotermă reversibilă. Cilindrul este adus în contact cu un frigider având o temperatură T L . Pistonul începe să fie împins înapoi de o forță externă care face munca de comprimare a gazului. În același timp, temperatura sa rămâne egală cu T L, iar procesul, inclusiv transferul de căldură de la gaz la frigider și compresia, rămâne reversibil. Cantitatea totală de căldură eliminată din gaz către frigider este Q L .

4. Compresie adiabatică reversibilă. Condensatorul este îndepărtat și gazul este comprimat lent adiabatic suplimentar (la entropie constantă). Temperatura sa crește de la T L la T H. Gazul revine la starea inițială, ceea ce completează ciclul.

principiile lui Carnot

Dacă procesele care alcătuiesc ciclul Carnot al unui motor termic sunt reversibile, atunci se numește motor termic reversibil. În caz contrar, avem versiunea sa ireversibilă. În practică, toate motoarele termice sunt astfel, deoarece procesele reversibile nu există în natură.

Carnot a formulat principii care sunt o consecință a celei de-a doua legi a termodinamicii. Ele sunt exprimate astfel:

1. Eficiența unui motor termic ireversibil este întotdeauna mai mică decât cea a unui motor termic reversibil care funcționează din aceleași două rezervoare de căldură.

2. Eficiența tuturor motoarelor termice reversibile care funcționează din aceleași două rezervoare de căldură este aceeași.

Adică, eficiența unui motor termic reversibil nu depinde de fluidul de lucru utilizat, de proprietățile acestuia, de durata ciclului de funcționare și de tipul de motor termic. Este o funcție numai a temperaturii rezervorului:

unde Q L este căldura transferată către rezervorul de temperatură joasă, care are o temperatură T L; Q H este căldura transferată din rezervorul de temperatură înaltă, care are o temperatură T H; g, F - orice funcții.

Motor termic Carnot

Acesta este numele dat unui motor termic care funcționează pe un ciclu Carnot reversibil. Randamentul termic al oricarui motor termic, reversibil sau nu, este dat de

ηth = 1 - Q L /Q H,

unde Q L și Q H sunt cantitățile de căldură transferate în ciclu către rezervorul de temperatură joasă la temperatura T L și, respectiv, din rezervorul de temperatură înaltă la temperatura T H. Pentru motoarele termice reversibile, randamentul termic poate fi exprimat în termeni de temperaturi absolute ale celor două rezervoare:

ηth = 1 - T L /T H.

Eficiența unui motor termic Carnot este cea mai mare eficiență pe care o poate atinge un motor termic atunci când funcționează între un rezervor de temperatură ridicată la temperatura T H și un rezervor de temperatură scăzută la temperatura T L . Toate motoarele termice ireversibile care funcționează între aceleași două rezervoare au o eficiență mai mică.

Proces invers

Ciclul luat în considerare este complet reversibil. Versiunea sa de refrigerare poate fi realizată inversând toate procesele incluse în ea. În acest caz, munca ciclului Carnot este folosită pentru a crea o diferență de temperatură, adică. energie termală. În timpul ciclului invers, gazul primește cantitatea de căldură Q L din rezervorul de temperatură joasă, iar cantitatea de căldură Q H este transferată la rezervorul termic de temperatură înaltă. Energia W net,in este necesară pentru a finaliza ciclul. Este egal cu aria figurii delimitată de două izoterme și două adiabate. Diagramele PV ale ciclurilor Carnot înainte și înapoi sunt prezentate în figura de mai jos.

Frigider si pompa de caldura

Un frigider sau o pompă de căldură care implementează un ciclu Carnot invers se numește frigider Carnot sau pompă de căldură Carnot.

Eficiența unui frigider reversibil sau ireversibil (η R) sau a unei pompe de căldură (η HP) este definită ca:

unde Q H este cantitatea de căldură eliminată în rezervorul de temperatură înaltă;
Q L este cantitatea de căldură primită de la rezervorul de temperatură scăzută.

Pentru frigiderele sau pompele de căldură reversibile, precum frigiderele Carnot sau pompele de căldură Carnot, eficiența poate fi exprimată în termeni de temperaturi absolute:

unde ТН = temperatura absolută în rezervorul de temperatură înaltă;
T L = temperatura absolută în rezervorul de temperatură joasă.

η R (sau η HP) sunt cele mai mari eficiențe pe care un frigider (sau o pompă de căldură) le poate atinge atunci când funcționează între un rezervor de temperatură înaltă la temperatura T H și un rezervor de temperatură scăzută la temperatura T L . Toate frigiderele sau pompele de căldură ireversibile care funcționează între aceleași două rezervoare au eficiențe mai mici.

Frigider de uz casnic

Ideea de bază a unui frigider de acasă este simplă: folosește evaporarea agentului frigorific pentru a absorbi căldura din spațiul răcit din frigider. Există patru părți principale în orice frigider:

• Compresor.
• Radiator tubular în afara frigiderului.
• Valva de expansiune.
• Conducte de schimb de căldură în interiorul frigiderului.

Ciclul Carnot invers în timpul funcționării frigiderului se efectuează în următoarea ordine:

• Compresie adiabatică. Compresorul comprimă vaporii de agent frigorific, crescându-i temperatura și presiunea.
• Compresie izotermă. Vaporii de agent frigorific la temperatură înaltă comprimați de compresor disipează căldura în mediu (rezervor de temperatură înaltă) pe măsură ce curge prin radiator în afara frigiderului. Vaporii agentului frigorific se condensează (se comprimă) în fază lichidă.
• Expansiunea adiabatică. Refrigerantul lichid curge prin supapa de expansiune pentru a-i reduce presiunea.
• Expansiune izotermă. Refrigerantul lichid rece se evaporă pe măsură ce trece prin tuburile de schimb de căldură din interiorul frigiderului. În timpul procesului de evaporare, energia sa internă crește, iar această creștere este asigurată de selecția căldurii din spațiul interior al frigiderului (rezervor de temperatură scăzută), în urma căreia este răcită. Gazul intră apoi în compresor pentru a fi comprimat din nou. Ciclul Carnot invers se repetă.

Singularitate. Comentarii

„Teorii și practici” este un site despre cunoașterea modernă. Utilizarea materialelor T&P este permisă numai cu acordul prealabil al deținătorilor drepturilor de autor. Toate drepturile asupra imaginilor și textelor aparțin autorilor acestora. Site-ul poate conține conținut care nu este destinat persoanelor sub 16 ani.

• despre proiect
• Harta site-ului
• Contacte
• Pune o intrebare

• Termenii serviciului
• Confidențialitate
• Proiecte speciale
• Facebook
• In contact cu
• Stare de nervozitate
• Telegramă

Abonați-vă la T&P

Vă vom trimite cel mai important conținut și selecții T&P. Scurt și fără spam.

Făcând clic pe butonul, sunteți de acord cu prelucrarea datelor cu caracter personal și sunteți de acord cu politica de confidențialitate.

• Entropia (din greaca veche ἐντροπία „întoarcere”, „transformare”) este un termen utilizat pe scară largă în științele naturale și exacte. A fost introdus pentru prima dată în cadrul termodinamicii în funcție de starea unui sistem termodinamic, care determină măsura disipării ireversibile a energiei. În fizica statistică, entropia caracterizează probabilitatea apariției oricărei stări macroscopice. Pe lângă fizică, termenul este utilizat pe scară largă în matematică: teoria informației și statistica matematică.

  Entropia poate fi interpretată ca o măsură a incertitudinii (dezorderii) a unui sistem, de exemplu, o experiență (test), care poate avea rezultate diferite și, prin urmare, cantitatea de informații. Astfel, o altă interpretare a entropiei este capacitatea de informare a sistemului. Asociat cu această interpretare este faptul că creatorul conceptului de entropie în teoria informației (Claude Shannon) a vrut inițial să numească această cantitate informație.

  Conceptul de entropie informațională este folosit atât în ​​teoria informației și statistica matematică, cât și în fizica statistică (entropia Gibbs și versiunea sa simplificată - entropia Boltzmann). Semnificația matematică a entropiei informaționale este logaritmul numărului de stări disponibile ale sistemului (baza logaritmului poate fi diferită; determină unitatea de măsură a entropiei). Această funcție a numărului de stări asigură proprietatea aditivității entropiei pentru sisteme independente. Mai mult, dacă stările diferă în gradul de disponibilitate (adică nu sunt la fel de probabile), numărul de stări ale sistemului trebuie înțeles ca numărul lor efectiv, care se determină după cum urmează. Fie stările sistemului să fie la fel de probabile și să aibă o probabilitate

  (\displaystyle p)

  Apoi numărul de state

  (\displaystyle N=1/p)

  (\displaystyle \log N=\log(1/p))

  În cazul diferitelor probabilităţi de stări

  (\displaystyle p_(i))

  Să luăm în considerare media ponderată

  (\displaystyle \log (\overline (N))=\sum _(i=1)^(N)p_(i)\log(1/p_(i)))

  (\displaystyle (\overline (N)))

  Număr efectiv de state. Această interpretare implică în mod direct expresia entropiei informaționale a lui Shannon

  (\displaystyle H=\log (\overline (N))=-\sum _(i=1)^(N)p_(i)\log p_(i))

  O interpretare similară este valabilă și pentru entropia Rényi, care este una dintre generalizările conceptului de entropie informațională, dar în acest caz numărul efectiv de stări ale sistemului este definit diferit (se poate demonstra că entropia Rényi corespunde cu numărul efectiv de stări, definit ca media ponderată a legii puterii cu parametrul

  (\displaystyle q\leq 1)

  La nivel de zi cu zi, entropia este o măsură a dezordinei sau o măsură a incertitudinii.

  În fizică, entropia este clasată printre concepte fundamentale precum energia sau temperatura. Entropia poate fi definită ca una dintre funcțiile termodinamice de bază (acest lucru a fost făcut pentru prima dată de Clausius).

  Una dintre principalele proprietăți fundamentale ale lumii în care trăim se numește a doua lege a termodinamicii. Există trei formulări în exterior diferite, dar echivalente din punct de vedere logic, ale celei de-a doua legi a termodinamicii. În formularea Thomson-Planck, se afirmă: este imposibil să se construiască o mașină care funcționează periodic, al cărei singur rezultat ar fi creșterea sarcinii prin răcirea rezervorului termic. Există o formulare Clausius: căldura nu se poate transfera spontan de la un corp mai puțin încălzit la un corp mai încălzit. În a treia formulare a acestei legi fundamentale, „personajul principal” este entropia: într-un sistem izolat adiabatic, entropia nu poate scădea; fie crește, fie rămâne constantă.

  Din această formulare este cea mai clară ireversibilitatea fundamentală a proceselor fizice, precum și degradarea inevitabilă a oricărui sistem închis (toate diferitele forme de energie se transformă în cele din urmă în căldură, după care nu devin posibile procese). Generalizând acest principiu la întreg universul, Clausius a formulat ipoteza morții termice a universului.

  Această ireversibilitate a proceselor, care este o consecință a celui de-al doilea principiu, era în aparentă contradicție cu natura reversibilă a mișcării mecanice. Reflectând asupra acestui paradox, Boltzmann a obținut o formulă absolut uimitoare pentru entropie, dezvăluind un conținut complet nou. Folosind metode statistice, Boltzmann a arătat că entropia este direct proporțională cu logaritmul probabilității termodinamice. Această formulă este sculptată pe piatra funerară a omului de știință din Cimitirul Central din Viena. Această descoperire a lui Boltzmann este cu atât mai semnificativă cu cât conceptul de probabilitate a pătruns pentru prima dată chiar în fundamentele fizicii (cu câteva decenii înainte de construirea unei noi imagini a lumii bazată pe mecanica cuantică).

  Astfel, potrivit lui Boltzmann, a doua lege a termodinamicii ar putea suna astfel: natura se străduiește pentru o tranziție de la stările mai puțin probabile la cele mai probabile.

  De la legătura dintre entropie și probabilitate conform lui Boltzmann, se poate trece la definiția entropiei în teoria informației, care a fost făcută de Shannon. Entropia în teoria informației acționează ca o măsură a incertitudinii. Conceptul de informație este, într-un anumit sens, opusul conceptului de entropie. Mai exact, informația este definită ca diferența dintre entropiile necondiționate și condiționale, dar nu este posibil să explicăm acest lucru fără formule.

  Atât fizicienii, cât și textiștii folosesc conceptul de „entropie”. Tradus din greaca veche în rusă, cuvântul „entropie” este asociat cu rotația, transformarea.

  Reprezentanții științelor exacte (matematică și fizică) au introdus acest termen în uz științific și l-au extins la informatică și chimie. R. Clausius și L. Boltzmann, E. Jaynes și K. Shannon, K. Jung și M. Planck au definit și studiat fenomenul de mai sus.

  Acest articol rezumă și sistematizează principalele abordări ale determinării entropiei în diverse domenii științifice.

  Entropia în științe exacte și naturale

  Începând cu reprezentantul științelor exacte R. Clausis, termenul „entropie” denotă măsura:

  • disiparea ireversibilă a energiei în termodinamică;
  • probabilitatea implementării oricărui proces macroscopic în fizica statistică;
  • incertitudinea oricărui sistem din matematică;
  • capacitatea informatică a unui sistem în informatică.

  Această măsură este exprimată prin formule și grafice.

  

  Entropia ca concept umanitar

  K. Jung a introdus în psihanaliză un concept care ne este familiar, studiind dinamica personalității. Cercetătorii din domeniul psihologiei și apoi al sociologiei identifică și definesc entropia personalității sau entropia socială ca fiind gradul:

  • incertitudinea stării personalității în psihologie;
  • energie psihică care nu poate fi folosită atunci când o investim într-un obiect de studiu în psihanaliza;
  • cantitatea de energie indisponibilă pentru schimbarea socială, progresul social în sociologie;
  • dinamica entropiei personalității.

  Conceptul de entropie s-a dovedit a fi solicitat și convenabil în teorii, atât în ​​științe naturale, cât și în științe umaniste. În general, entropia este strâns legată de măsura, gradul de incertitudine, haosul, dezordinea din orice sistem.