Entropia v termodynamike jednoducho. Čo je to entropia? Video o entropii

Hrdinka Woodyho Allena Whatever Works definuje entropiu týmto spôsobom: je ťažké strčiť zubnú pastu späť do tuby. Zaujímavým spôsobom vysvetľuje aj Heisenbergov princíp neurčitosti, ďalší dôvod, prečo si film pozrieť.

Entropia je mierou neporiadku, chaosu. Pozvali ste svojich priateľov na novoročnú párty, upratali, poumývali podlahu, položili občerstvenie na stôl, usporiadali nápoje. Skrátka dali všetko do poriadku a eliminovali chaos, koľko sa len dalo. Toto je systém s nízkou entropiou

Čo je to entropia jednoduchými slovami: definícia, v ktorých oblastiach sa tento pojem používa. Jasné príklady entropie v živote.

Všetci si asi viete predstaviť, čo sa stane s bytom, ak sa večierok vydarí: úplný chaos. Ale ráno máte k dispozícii systém s vysokou entropiou.

Na to, aby ste dali byt do poriadku, si treba dať do poriadku, teda vynaložiť naň veľa energie. Entropia systému sa znížila, ale nie je v tom žiadny rozpor s druhým termodynamickým zákonom – pridali ste energiu zvonku a tento systém už nie je izolovaný.

Jedným z variantov konca sveta je tepelná smrť vesmíru v dôsledku druhého termodynamického zákona. Entropia vesmíru dosiahne maximum a nič iné sa v ňom nestane.

Vo všeobecnosti všetko znie dosť nudne: v prírode majú všetky usporiadané veci tendenciu k deštrukcii, chaosu. Ale odkiaľ potom na Zemi pochádza život? Všetky živé organizmy sú neuveriteľne zložité a usporiadané a celý život nejakým spôsobom zápasia s entropiou (aj keď tá nakoniec vždy zvíťazí.

Všetko je veľmi jednoduché. Živé organizmy v procese života prerozdeľujú okolo seba entropiu, to znamená, že sa svojej entropie vzdávajú všetkému, čo môžu. Napríklad, keď jeme sendvič, premeníme krásny objednaný chlieb s maslom na to, čo je známe. Ukazuje sa, že sme dali našu entropiu sendviči, ale vo všeobecnom systéme sa entropia neznížila.

A ak vezmeme Zem ako celok, potom to vôbec nie je uzavretý systém: slnko nám dodáva energiu na boj s entropiou.

Psychológia entropie.

Entropia - spôsob interakcie človeka so sociálnym prostredím je determinovaný tým, že sociálne prostredie na jednej strane a osobnosť na druhej strane môžu zahŕňať entropické a negentropické tendencie a ich určité pomerové formy sú kombinatoricky možné. spôsoby interakcie; ich široká škála umožňuje prekročiť limitovanú definíciu osobnosti ako stabilného systému fungujúceho v meniacich sa podmienkach prostredia.

Ak si zoberieme os „osobnosť – sociálne prostredie“, ktorá je v našom pojmovom aparáte invariantná a predstavíme si jej vzájomnú rotáciu s osou „entropia-negentropia“, ktorá obsahuje odpoveď na otázku „ako prebieha interakcia?“, potom máme k dispozícii štyri počiatočné možnosti:

1) negentropické tendencie sociálneho prostredia;
2) entropické tendencie sociálneho prostredia;
3) negentropické osobnostné tendencie;
4) entropické tendencie osobnosti.

Je potrebné stručne zastaviť opis každého z nich.

1. Negentropické tendencie sociálneho prostredia. Už Bacon si položil otázku, ako môže človek existovať v podmienkach sociálneho poriadku a vo všeobecnosti, z čoho sa tento spoločenský poriadok skladá. Väčšina moderných sociologických teórií sa venuje objasneniu jeho podstaty. S ohľadom na našu úlohu popisujú možné parametre systému „osobnosť – sociálne prostredie“, stačí poznamenať: človeka možno zaradiť do formálnych a neformálnych vzťahov, ktorých hlavnou kvalitou je opakovanie, prehľadnosť a organizácia, rituálne a stereotypné sociálne podmienky – situácie individuálneho správania. Je známe, že spoločnosť nemôže efektívne ovplyvňovať jednotlivca začleneného do skupiny, ak stratégia sociálneho vplyvu nie je dôsledná, jednotná a konzistentná.

2. Entropické tendencie sociálneho prostredia. E. Durkheim dokonca považoval prvky chaosu a neporiadku, sociálnej destabilizácie a dezorganizácie zariadenia v rôznych štádiách jeho vývoja, prítomnosť určitých prvkov dezorganizácie v ňom za nevyhnutnú podmienku rozvoja spoločnosti. Ako viete, zdôraznil tento bod v súvislosti so štúdiom podstaty sociálnej anómie a kriminality. Bez toho, aby sme zachádzali do detailov kritickej analýzy názorov E. Durkheima, chceme zdôrazniť, že entropické tendencie sú obzvlášť zreteľne pozorované vo fungovaní malých sociálnych skupín v mikrosociálnej klíme niektorých formálnych a neformálnych ľudských asociácií. Príkladom je podnapitá spoločnosť, rozbúrený dav pri športovej šou, situácia v pracovnom kolektíve s nejasným rozdelením funkcií a rolí, náhodné zhromaždenie ľudí, ktorých nespája spoločná niť a pod.

3. Negentropické osobnostné tendencie. Týka sa to konzistentnosti názorov a postojov jednotlivca; jeho dôslednosť a organizáciu akcií. Zdá sa zbytočné podrobne zvažovať mechanizmy na zabezpečenie a dosiahnutie stability, konzistentnosti organizácie v živote jednotlivca, pretože táto problematika je široko diskutovaná v psychologickej literatúre a jej štúdiu sa venuje množstvo prác. Možno len zdôrazniť, že študenti a nasledovníci DN Uznadze spájajú mechanizmus stability individuálneho správania a charakterových čŕt, vnímania sveta a presvedčenia s fixáciou postoja, s určitou organizáciou fixných postojov, ich systémovou štruktúrou a vnútornou tendenciou. smerom ku konsolidácii a kompatibilite.

4. Entropické osobnostné tendencie. Disociácia správania, dezorganizácia, nejednotnosť v konaní a presvedčeniach, emočná nestabilita sú prejavmi vnútorného chaosu a entropických tendencií jednotlivca. Niet pochýb o tom, že hraničný stav rastu entropie je charakteristický pre patológiu, ale bolo by nesprávne takto zjednodušiť otázku, že rast entropie je spojený s patológiou a rast negentropie je spojený s duševným zdravím. Okrem toho sa pri mnohých neurotických poruchách zaznamenáva nadmerná organizácia, ktorá sa dostáva do patologických foriem rituálu, a naopak, u prakticky zdravých jedincov možno za určitých podmienok pozorovať zvýšenie entropických tendencií. Dobre to demonštrujú známe experimenty L. Festingera, T. Newcomba a A. Pepitona, F. G. Zimbarda v súvislosti so štúdiom fenoménu deindividuácie, o ktorom už bola čiastočne reč. Faktom je, že jedným z indikátorov deindividuácie je podľa týchto preťažení impulzivita a deštruktívne správanie, pokles sebakontroly, chaotické správanie a dezorganizácia intrapersonálnych stavov. FG Zimbardo výstižne a jasne formuloval boj medzi dvoma momentmi – chaosom a poriadkom – v ľudskej existencii: „Vo večnom boji poriadku a chaosu dúfame v triumf individuácie, no záhadne sme v sprisahaní s vnútornými silami vyvierajúcimi z hlbiny deindividuácie." ...

Filozofia entropie.

ENTROPIA (z gréckeho entropia - rotácia, premena) je časť vnútornej energie uzavretého systému alebo energetického komplexu Vesmíru, ktorú nemožno využiť, najmä ju nemožno preniesť ani premeniť na mechanickú prácu. Presná definícia entropie sa robí pomocou matematických výpočtov. Vplyv entropie je najzreteľnejšie vidieť na príklade termodynamických procesov. Teplo sa teda nikdy úplne nepremení na mechanickú prácu, ale premení sa na iné druhy energie. Je pozoruhodné, že pri reverzibilných procesoch zostáva hodnota entropie nezmenená, pri nevratných procesoch naopak neustále rastie a k tomuto nárastu dochádza v dôsledku poklesu mechanickej energie. V dôsledku toho je všetko to množstvo nezvratných procesov, ktoré sa vyskytujú v prírode, sprevádzané poklesom mechanickej energie, čo by v konečnom dôsledku malo viesť k všeobecnému ochrnutiu alebo, inými slovami, "tepelnej smrti". Ale takýto záver platí len v prípade postulovania totalitarizmu Vesmíru ako uzavretej empirickej danosti. Kristus. teológovia na základe entropie hovorili o konečnosti sveta a používali ho ako dôkaz existencie Boha.

Entropia rastie. Rastie entropia v izolovaných systémoch?

Päť mýtov o vývoji a entropii. Tretí mýtus.
Peniaze držíme pod zámkom, jedlo schovávame pred horúčavou v ľade.
Ale človek nemôže žiť v samote a uzavretý.
Druhý zákon termodynamiky hovorí, že entropia v izolovanom systéme neklesá, to znamená, že pretrváva alebo rastie. Môže rásť mimo izolovaného systému?
Hneď si všimneme, že výraz „systém“ sa vo formulácii druhého princípu používa len pre stručnosť. Znamená akúkoľvek množinu prvkov, pričom systém medzi nimi zahŕňa spojenia a predpokladá určitú integritu. Spojenia aj integrita môžu len spomaliť rast entropie, pričom sa vylúčia niektoré (pre systém možno nežiaduce) stavy. V žiadnom inom ohľade nie je konzistentnosť pre druhú zásadu dôležitá.
Požiadavka izolácie vyplýva zo skutočnosti, že z otvoreného systému možno entropiu exportovať a rozptýliť v prostredí. Ale potom, čo sa izolovaná množina prvkov vyrovnala, dostala sa do najpravdepodobnejšieho makrostavu, entropia, keď dosiahla svoje maximum, nemôže ďalej rásť.
Rast entropie je možný len za prítomnosti akejsi nerovnováhy, ktorá nevznikne, kým sa neobnoví prílev energie zvonku alebo jej odtok. Nie nadarmo ukladáme veci do izolovaných skladov – tým sa bráni vonkajším vplyvom, ktoré prispievajú k vzniku nerovnováhy a ďalšiemu rastu entropie. Preto izolácia, podobne ako systemicita, neprispieva k rastu entropie, ale zaručuje len jej neklesanie. Práve mimo izolovaného systému, v otvorenom prostredí, entropia prevažne rastie.
Hoci klasická formulácia druhého princípu nehovorí o tom, ako sa mení entropia v otvorených systémoch a prostrediach, nie je to veľký problém. Stačí mentálne oddeliť časť prostredia alebo skupinu otvorených systémov, ktoré sa zúčastňujú procesu a nepociťujú vonkajšie vplyvy a považovať ich za jeden izolovaný systém. Potom by sa ich celková entropia nemala znižovať. Takto argumentoval napríklad W. Ashby pri hodnotení vplyvu jedného systému na druhý a I. Prigogine pri úvahách o disipatívnych štruktúrach.
Horšie je, že veľká trieda procesov, pri ktorých rastie entropia, a to procesy akumulácie porúch v systémoch pod vplyvom vonkajších síl, sa akoby vymyká z pôsobenia druhého princípu – tie predsa nemôžu prebiehať v izolovaných systémoch!
Preto by bolo lepšie formulovať zákon takto: akýkoľvek samovoľný proces premeny energie, hmoty, informácie neznižuje celkovú entropiu všetkých systémov a častí prostredia s tým spojených. V takejto formulácii sa odstraňuje prehnaná požiadavka dôslednosti, je zabezpečená izolácia zohľadnením všetkých prvkov procesu a je potvrdená platnosť zákona pre všetky spontánne procesy.

Entropia jednoducho. Čo je to entropia jednoduchými slovami

Najčastejšie sa slovo „entropia“ nachádza, samozrejme, v klasickej fyzike. Ide o jeden z najťažších konceptov tejto vedy, preto aj študenti fyzikálnych univerzít často čelia problémom vo vnímaní tohto pojmu. Toto je, samozrejme, fyzikálny ukazovateľ, ale je dôležité pochopiť jeden fakt - entropia nie je podobná obvyklým pojmom objem, hmotnosť alebo tlak, pretože entropia je práve vlastnosťou konkrétnej uvažovanej látky.

Jednoducho povedané, entropia je ukazovateľom toho, koľko informácií o konkrétnom predmete nevieme. Napríklad na otázku, kde žijem, vám odpoviem - v Moskve. Ide o veľmi špecifickú súradnicu - hlavné mesto Ruskej federácie - Moskva je však pomerne veľké mesto, takže presné informácie o mojej polohe stále nepoznáte. Ale keď vám poviem napríklad svoje poštové smerovacie číslo, entropia o mne ako o objekte sa zníži.

Toto nie je úplne presná analógia, preto pre objasnenie uvedieme ešte jeden príklad. Povedzme, že vezmeme desať šesťstenných kociek. Poďme ich postupne všetky vyhodiť a potom vám poviem celkový počet vypadnutých ukazovateľov – tridsať. Na základe súčtu všetkých výsledkov nebudete vedieť s istotou povedať, ktorá figúrka a na ktorej kocke vypadla – jednoducho na to nemáte dostatok údajov. V našom prípade sa každá vypadnutá číslica v jazyku fyzikov bude nazývať mikrostav a množstvo rovnajúce sa tridsiatke v rovnakom fyzickom dialekte sa bude nazývať makrostav. Ak si spočítame, koľko možných mikrostavov nám môžu dať dokopy tri desiatky, dospejeme k záveru, že ich počet dosahuje takmer tri milióny hodnôt. Pomocou špeciálneho vzorca môžeme v tomto pravdepodobnostnom experimente vypočítať index entropie – šesť a pol. Odkiaľ pochádza polovica, môžete sa opýtať? Táto zlomková časť sa objavuje v dôsledku skutočnosti, že pri číslovaní v siedmom poradí môžeme pracovať iba s tromi číslami - 0, 1 a 2.

Entropia v biológii. entropia (jednoznačnosť)

Entropia:

• Entropia je miera nevratného rozptylu energie, miera odchýlky skutočného procesu od ideálneho.
• Termodynamická entropia – funkcia stavu termodynamického systému
• Entropia (biológia) je jednotka merania biodiverzity v biologickej ekológii.
• Informačná entropia je mierou náhodnosti informácií, neistoty vzhľadu akéhokoľvek symbolu primárnej abecedy.
• Entropia je decentralizovaná počítačová komunikačná sieť typu peer-to-peer navrhnutá tak, aby bola odolná voči sieťovej cenzúre.
• Topologická entropia
• Metrická entropia
• Entropia dynamického systému
• Diferenciálna entropia
• Entropia jazyka je štatistická funkcia textu v určitom jazyku alebo jazyka samotného, ​​ktorá určuje množstvo informácií na jednotku textu.
• Entropy (žurnál) je medzinárodný interdisciplinárny časopis v angličtine o entropii a výskume informácií.

• "Entropia" je celovečerný film Marie Sahakyanovej z roku 2012.
• Entropy je stolová hra z roku 1977 od Erica Solomona a 1994 od Augustina Carrena.

Video o entropii

Príklady entropie. Úvod

Entropia

Slovník cudzích slov obsahuje nasledujúcu definíciu entropie: entropia - 1) vo fyzike - jedna z veličín charakterizujúcich tepelný stav telesa alebo sústavy telies; miera vnútornej poruchy systému; pre všetky procesy prebiehajúce v uzavretom systéme sa entropia buď zvyšuje (nevratné procesy), alebo zostáva konštantná (reverzibilné procesy); 2) v teórii informácie - miera neistoty situácie (náhodná premenná) s konečným alebo párnym počtom výsledkov, napríklad experiment, pred ktorým nie je výsledok presne známy.

Pojem entropia prvýkrát zaviedol do vedy Clausius v roku 1865 ako logický vývoj Carnotovej termodynamiky.

Ale tento koncept charakterizujem ako mieru chaosu. Podľa mňa je to momentálne najoptimálnejšia téma, pretože je úplne spojená so životom. Entropia je vo všetkom. V prírode, v človeku, v rôznych vedách. Aj narodenie človeka v maternici začína chaosom. Entropia môže byť spojená aj so vznikom planéty, keďže pred objavením sa Boha na Zemi boli všetky prírodné javy a všetko, čo bolo na planéte, vo vysokom stupni entropie. Po siedmich dňoch však planéta získala usporiadaný vzhľad, to znamená, že všetko zapadlo na svoje miesto.

Na základe mojich zistení by som chcel tento jav podrobnejšie rozobrať a takpovediac znížiť entropiu chápania tohto javu.

Entropia Vesmíru je veličina, ktorá charakterizuje stupeň neusporiadanosti a tepelný stav Vesmíru. Klasická definícia entropie a spôsob jej výpočtu nie sú pre Vesmír vhodné, keďže v ňom pôsobia gravitačné sily a hmota samotná netvorí uzavretý systém. Dá sa však dokázať, že celková entropia je v sprievodnom objeme zachovaná.

V relatívne pomaly sa rozširujúcom vesmíre je entropia v sprievodnom objeme zachovaná a rádovo sa entropia rovná počtu fotónov.

Zákon zachovania entropie vo vesmíre

Vo všeobecnom prípade má prírastok vnútornej energie tvar:

Zoberme si, že chemický potenciál častíc má rovnakú hodnotu a opačné znamienko:

Ak považujeme expanziu za rovnovážny proces, potom posledný výraz možno použiť na sprievodný objem (V∝a3 (\ displaystyle V \ propto a ^ (3)), kde a (\ displaystyle a) je "polomer "vesmíru). V sprievodnom objeme však zostáva rozdiel medzi časticami a antičasticami. Vzhľadom na túto skutočnosť máme:

Ale dôvodom zmeny objemu je expanzia. Ak teraz, berúc do úvahy túto okolnosť, časovo rozlišujeme posledný výraz:

Teraz, ak dosadíme rovnicu kontinuity zahrnutú v systéme:

To znamená, že entropia je zachovaná v sprievodnom objeme.

Fridrichova korunovácia v kostole hradu Königsberg

Friedrich, syn brandenburského kurfirsta Friedrich Wilhelm, prezývaný Veľký kurfirst, sa narodil v Königsbergu 11. júla 1657 z prvej manželky svojho otca Louise Henriety. Smrť staršieho brata Karla-Emila v roku 1674 mu otvorila cestu ku korune.

Slabé zdravie, bez chrbtice, ľahko ovplyvniteľný, mal sklony k okázalosti a lesku. Nápadný rozdiel medzi ním a jeho otcom si všimli všetci historici – rozdiel v povahách, názoroch a ašpiráciách. Lavis trefne nazýva Fredericka márnotratným synom z chudobnej rodiny. Spolu s vášňou pre luxus stálo uctievanie všetkého francúzskeho zo strany Fridricha III. Deutsch-französische Modegeist z roku 1689 hovorí: „Teraz musí byť všetko francúzske: francúzština, francúzsky odev, francúzska kuchyňa, jedlá, francúzske tance, francúzska hudba a francúzska choroba. Pyšný, ľstivý, skazený francúzsky duch úplne uspal Nemcov." Na údržbu nádvoria sa ročne vynaložilo až 820 000 toliarov, teda len o 10 000 toliarov menej ako na údržbu celej civilnej správy štátu. Fridrich II opísal svojho starého otca slovami: "Veľký v malých veciach a malý vo veľkých."

Najúčinnejší cyklus tepelného motora je Karnotov tepelný cyklus. Pozostáva z dvoch izotermických a dvoch adiabatických procesov. Druhý termodynamický zákon hovorí, že nie všetko teplo dodávané do tepelného motora možno využiť na výkon práce. Účinnosť takéhoto motora, ktorý implementuje Carnotov cyklus, udáva hraničnú hodnotu tej jeho časti, ktorú možno na tieto účely použiť.

Niekoľko slov o reverzibilite fyzikálnych procesov

Fyzikálny (v užšom zmysle termodynamický) proces v určitej sústave telies (vrátane pevných látok, kvapalín, plynov) je vratný, ak je po jeho vykonaní možné obnoviť stav, v ktorom sa systém nachádzal. predtým, ako sa to začalo. Ak sa na konci procesu nemôže vrátiť do pôvodného stavu, potom je to nezvratné.

Reverzibilné procesy sa v prírode nevyskytujú. Ide o idealizovaný model reality, akýsi nástroj na jej výskum vo fyzike. Príkladom takéhoto procesu je Karnotov cyklus. Ideálny tepelný motor je modelom skutočného systému, ktorý implementuje proces pomenovaný po francúzskom fyzikovi Sadi Carnotovi, ktorý ho ako prvý opísal.

Čo spôsobuje nezvratnosť procesov?

Medzi faktory, ktoré k tomu vedú, patria:

• tepelné toky od zdroja tepla k spotrebiteľovi s konečným teplotným rozdielom medzi nimi;
• neobmedzená expanzia plynu;
• zmiešanie dvoch plynov;
• trenie;
• prechod elektrického prúdu cez odpor;
• nepružná deformácia;
• chemické reakcie.

Proces je nezvratný, ak je prítomný niektorý z týchto faktorov. Ideálny Carnotov cyklus je reverzibilný proces.

Interne a externe reverzibilné procesy

Pri uskutočňovaní procesu môžu byť faktory jeho ireverzibilnosti lokalizované v rámci samotného systému telies, ako aj v jeho blízkosti. Nazýva sa vnútorne reverzibilný, ak je možné systém obnoviť do rovnakého rovnovážneho stavu, v ktorom bol na začiatku. Zároveň v ňom nemôžu existovať žiadne faktory nezvratnosti, kým uvažovaný proces trvá.

Ak v procese chýbajú faktory nezvratnosti mimo hraníc systému, potom sa nazýva externe reverzibilný.

Proces sa nazýva úplne reverzibilný, ak je vnútorne aj zvonka reverzibilný.

Čo je Karnotov cyklus?

V tomto procese, realizovanom ideálnym tepelným motorom, pracovná tekutina - ohriaty plyn - vykonáva mechanickú prácu v dôsledku tepla prijatého z vysokoteplotného zásobníka tepla (ohrievača) a tiež odovzdáva teplo do nízkoteplotného zásobníka tepla ( chladnička).

Carnotov cyklus je jedným z najznámejších reverzibilných cyklov. Pozostáva zo štyroch reverzibilných procesov. A hoci sú takéto slučky v praxi nedosiahnuteľné, stanovujú hornú hranicu výkonu skutočných slučiek. Teoreticky sa ukazuje, že tento priamy cyklus premieňa tepelnú energiu (teplo) na mechanickú prácu s maximálnou možnou účinnosťou.

Ako ideálny plyn vykonáva Carnotov cyklus?

Predstavte si ideálny tepelný motor obsahujúci plynový valec a piest. Štyri procesy reverzibilných cyklov takéhoto stroja sú:

1. Reverzibilná izotermická expanzia. Na začiatku procesu má plyn vo valci teplotu T H. Cez steny valca sa dostáva do kontaktu s ohrievačom, ktorý má oproti plynu nekonečne malý teplotný rozdiel. V dôsledku toho chýba zodpovedajúci faktor nevratnosti v podobe konečného teplotného rozdielu a dochádza k reverzibilnému procesu prenosu tepla z ohrievača do pracovnej tekutiny - plynu. Jeho vnútorná energia rastie, pomaly sa rozširuje, pričom vykonáva prácu piestu a zostáva na konštantnej teplote T H. Celkové množstvo tepla odovzdaného ohrievačom plynu počas tohto procesu sa rovná Q H, avšak len časť sa následne premení na prácu.

2. Reverzibilná adiabatická expanzia. Ohrievač sa odstráni a Carnotov plyn pomaly ďalej expanduje adiabatickým spôsobom (s konštantnou entropiou) bez výmeny tepla cez steny valca alebo piest. Jeho práca na pohybe piestu vedie k zníženiu vnútornej energie, čo sa prejavuje poklesom teploty z TH na TL. Ak predpokladáme, že sa piest pohybuje bez trenia, potom je proces reverzibilný.

3. Reverzibilná izotermická kompresia. Valec sa uvedie do kontaktu s chladničkou s teplotou TL. Piest je tlačený späť vonkajšou silou, ktorá vykonáva prácu na stláčaní plynu. Zároveň zostáva jeho teplota rovná TL a proces vrátane prenosu tepla z plynu do chladničky a kompresie zostáva reverzibilný. Celkové množstvo tepla odvedeného z plynu do chladničky sa rovná Q L.

4. Reverzibilná adiabatická kompresia. Chladič sa odstráni a plyn sa pomaly ďalej stláča adiabatickým spôsobom (pri konštantnej entropii). Jeho teplota stúpne z T L na T N. Plyn sa vráti do pôvodného stavu, čím sa cyklus dokončí.

Carnotove princípy

Ak sú procesy, ktoré tvoria Carnotov cyklus tepelného motora, reverzibilné, potom sa nazýva reverzibilný tepelný motor. Inak tu máme jeho nezvratnú verziu. V praxi sú také všetky tepelné motory, pretože v prírode neexistujú reverzibilné procesy.

Carnot sformuloval princípy, ktoré sú dôsledkom druhého termodynamického zákona. Vyjadrujú sa takto:

1. Účinnosť nereverzibilného tepelného motora je vždy nižšia ako účinnosť reverzibilného tepelného motora, ktorý pracuje z rovnakých dvoch zásobníkov tepla.

2. Účinnosť všetkých reverzných tepelných motorov pracujúcich z rovnakých dvoch zásobníkov tepla je rovnaká.

To znamená, že účinnosť reverzibilného tepelného motora nezávisí od použitej pracovnej tekutiny, jej vlastností, doby cyklu a typu tepelného motora. Je to len funkcia teploty nádrží:

kde Q L je teplo odovzdané do nízkoteplotného zásobníka, ktorý má teplotu T L; Q H - teplo odovzdané z vysokoteplotného zásobníka, ktorý má teplotu T H; g, F - ľubovoľné funkcie.

Carnotov tepelný motor

Nazýva sa tepelný motor, ktorý pracuje na reverzibilnom Carnotovom cykle. Tepelná účinnosť akéhokoľvek tepelného motora, reverzibilného alebo nevratného, ​​je definovaná ako

η th = 1 - Q L / Q H,

kde Q L a Q H sú množstvá tepla prenesené v cykle do nízkoteplotnej nádrže pri teplote TL a z vysokoteplotnej nádrže pri teplote TH. V prípade reverzibilných tepelných motorov možno tepelnú účinnosť vyjadriť pomocou absolútnych teplôt týchto dvoch nádrží:

η th = 1 - T L / T H.

Účinnosť Carnotovho tepelného motora je najvyššia účinnosť, ktorú môže tepelný motor dosiahnuť pri prevádzke medzi vysokoteplotným zásobníkom pri TH a nízkoteplotným zásobníkom pri TL. Všetky nevratné tepelné motory pracujúce medzi tými istými nádržami majú nižšiu účinnosť.

Obrátený proces

Príslušný cyklus je úplne reverzibilný. Jeho chladiarenskú verziu je možné dosiahnuť, ak sa obrátia všetky procesy v nej obsiahnuté. V tomto prípade sa na vytvorenie teplotného rozdielu využíva práca Carnotovho cyklu, t.j. termálna energia. Pri spätnom cykle prijíma plyn množstvo tepla Q L z nízkoteplotného zásobníka a množstvo tepla Q H sa mu odovzdáva vo vysokoteplotnom zásobníku tepla. Na dokončenie cyklu je potrebná energia W net, in. Rovná sa ploche obrázku ohraničenej dvoma izotermami a dvoma adiabatmi. PV diagramy dopredného a spätného Carnotovho cyklu sú znázornené na obrázku nižšie.

Chladnička a tepelné čerpadlo

Chladnička alebo tepelné čerpadlo, ktoré implementuje reverzný Carnotov cyklus, sa nazýva Carnotova chladnička alebo Carnotovo tepelné čerpadlo.

Účinnosť reverzibilnej alebo nevratnej chladničky (η R) alebo tepelného čerpadla (η HP) je definovaná ako:

kde Q N je množstvo tepla odvedeného do vysokoteplotnej nádrže;
Q L - množstvo tepla prijatého z nízkoteplotného zásobníka.

V prípade reverzibilných chladničiek alebo tepelných čerpadiel, ako sú chladničky Carnot alebo tepelné čerpadlá Carnot, možno účinnosť vyjadriť v absolútnych teplotách:

kde TH = absolútna teplota vo vysokoteplotnej nádrži;
T L = absolútna teplota v nízkoteplotnej nádrži.

η R (alebo η HP) sú najvyššia účinnosť chladničky (alebo tepelného čerpadla), ktorú môžu dosiahnuť pri prevádzke medzi vysokoteplotnou nádržou pri TH a nízkoteplotnou nádržou pri TL. Všetky nevratné chladničky alebo tepelné čerpadlá pracujúce medzi rovnakými dvoma nádržami majú nižšiu účinnosť.

Chladnička pre domácnosť

Základná myšlienka domácej chladničky je jednoduchá: využíva odparovanie chladiva na absorbovanie tepla z chladeného priestoru v chladničke. Každá chladnička má štyri hlavné časti:

• Kompresor.
• Rúrkový radiátor mimo chladničky.
• Expanzný ventil.
• Rúry na výmenu tepla vo vnútri chladničky.

Obrátený Carnotov cyklus, keď chladnička beží, sa vykonáva v nasledujúcom poradí:

• Adiabatická kompresia. Kompresor stláča pary chladiva, čím zvyšuje ich teplotu a tlak.
• Izotermická kompresia. Para chladiva s vysokou teplotou stlačená kompresorom odvádza teplo do okolia (zásobník vysokej teploty), keď prúdi cez chladič mimo chladničky. Pary chladiva sú kondenzované (stlačené) do kvapalnej fázy.
• Adiabatická expanzia. Kvapalné chladivo preteká expanzným ventilom, aby sa znížil jeho tlak.
• Izotermická expanzia. Studené kvapalné chladivo sa pri prechode cez teplovýmenné rúrky vo vnútri chladničky vyparuje. V procese vyparovania sa zvyšuje jej vnútorná energia a tento rast zabezpečuje odber tepla z vnútorného priestoru chladničky (nízkoteplotného zásobníka), v dôsledku čoho dochádza k jej ochladzovaniu. Plyn potom vstupuje do kompresora na opätovné stlačenie. Opačný Carnotov cyklus sa opakuje.

Jedinečnosť. Komentáre (1)

Teória a prax je stránka o moderných poznatkoch. Použitie materiálov T&P je povolené len s predchádzajúcim súhlasom držiteľov autorských práv. Všetky práva na obrázky a texty patria ich autorom. Stránka môže obsahovať obsah, ktorý nie je určený pre osoby mladšie ako 16 rokov.

• o projekte
• mapa stránok
• Kontakty
• Opýtať sa otázku

• Podmienky služby
• Dôvernosť
• Špeciálne projekty
• Facebook
• V kontakte s
• Twitter
• telegram

Zaregistrujte sa do T&P

Pošleme vám najdôležitejšie materiály a kompilácie T&P. Krátke a bez spamu.

Kliknutím na tlačidlo súhlasíte so spracovaním osobných údajov a súhlasíte so zásadami ochrany osobných údajov.

• Entropia (zo starogréčtiny. Ἐντροπία „otoč“, „premena“) je výraz široko používaný v prírodných a exaktných vedách. Prvýkrát bol zavedený v rámci termodynamiky ako funkcia stavu termodynamického systému, ktorý určuje mieru nevratnej straty energie. V štatistickej fyzike entropia charakterizuje pravdepodobnosť výskytu makroskopického stavu. Okrem fyziky je tento termín široko používaný v matematike: teória informácie a matematická štatistika.

  Entropiu možno interpretovať ako mieru neistoty (neporiadku) určitého systému, napríklad nejakej skúsenosti (testu), ktorá môže mať rôzne výsledky, a teda aj množstvo informácií. Ďalšou interpretáciou entropie je teda informačná kapacita systému. S týmto výkladom je spojený fakt, že tvorca konceptu entropie v teórii informácie (Claude Shannon) chcel túto veličinu najskôr nazvať informáciou.

  Pojem informačná entropia sa používa tak v teórii informácie a matematickej štatistike, ako aj v štatistickej fyzike (Gibbsova entropia a jej zjednodušená verzia – Boltzmannova entropia). Matematický význam informačnej entropie je logaritmus počtu dostupných stavov systému (základ logaritmu môže byť rôzny, určuje mernú jednotku entropie). Táto funkcia počtu stavov poskytuje vlastnosť aditivity entropie pre nezávislé systémy. Navyše, ak sa stavy líšia stupňom dostupnosti (čiže nie sú rovnako pravdepodobné), počet stavov systému treba chápať ako ich efektívny počet, ktorý sa určuje nasledovne. Nech sú stavy systému ekvipravdepodobné a majú pravdepodobnosť

  (\ displaystyle p)

  Potom počet štátov

  (\ displaystyle N = 1 / p)

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

  V prípade rôznych pravdepodobností stavov

  (\ displaystyle p_ (i))

  Zvážte vážený priemer

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

  (\ štýl zobrazenia (\ overline (N)))

  Efektívny počet stavov. Táto interpretácia priamo implikuje výraz pre Shannonovu informačnú entropiu

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

  Podobná interpretácia platí aj pre Renyiho entropiu, ktorá je jedným zo zovšeobecnení pojmu informačná entropia, ale v tomto prípade je efektívny počet stavov systému definovaný inak (dá sa ukázať, že efektívny počet stavov zodpovedá Renyiho entropii, definovanej ako stredná mocnina vážená parametrom

  (\ displaystyle q \ leq 1)

  Na každodennej úrovni je entropia mierou neporiadku alebo mierou neistoty.

  Vo fyzike patrí entropia medzi také základné pojmy ako energia alebo teplota. Entropiu možno definovať ako jednu zo základných termodynamických funkcií (Clausius to urobil ako prvý).

  Jedna z hlavných základných vlastností sveta, v ktorom žijeme, sa nazýva druhý termodynamický zákon. Existujú tri zdanlivo odlišné, ale logicky ekvivalentné formulácie druhého termodynamického zákona. Vo formulácii Thomson-Planck hovorí: nie je možné postaviť periodicky pracujúci stroj, ktorého jediným výsledkom by bolo zdvíhanie nákladu ochladzovaním zásobníka tepla. Existuje Clausiova formulácia: teplo nemôže samovoľne prejsť z menej zohriateho telesa na viac zohriate teleso. V tretej formulácii tohto základného zákona je „hlavnou postavou“ entropia: v adiabaticky izolovanom systéme sa entropia nemôže znižovať; buď sa zvyšuje alebo zostáva konštantná.

  Z tejto formulácie je najzreteľnejšia základná nezvratnosť fyzikálnych procesov, ako aj nevyhnutná degradácia akéhokoľvek uzavretého systému (všetky rôzne formy energie sa nakoniec premenia na tepelnú energiu, po ktorej už nie sú možné žiadne procesy). Zovšeobecnením tohto princípu na celý vesmír Clausius sformuloval hypotézu tepelnej smrti vesmíru.

  Táto nezvratnosť procesov, ktorá je dôsledkom druhého princípu, bola v zjavnom rozpore s reverzibilnou povahou mechanického pohybu. Premýšľajúc o tomto paradoxe, Boltzmann dostal absolútne úžasný vzorec pre entropiu, ktorý odhaľuje úplne nový obsah. Boltzmann pomocou štatistických metód ukázal, že entropia je priamo úmerná logaritmu termodynamickej pravdepodobnosti. Tento vzorec je vytesaný na náhrobnom kameni vedca na centrálnom cintoríne vo Viedni. Tento Boltzmannov objav je o to významnejší, že pojem pravdepodobnosti prvýkrát prenikol do samotných základov fyziky (niekoľko desaťročí pred skonštruovaním nového obrazu sveta na základe kvantovej mechaniky).

  Druhý termodynamický zákon by teda podľa Boltzmanna mohol znieť takto: príroda má tendenciu prechádzať od menej pravdepodobných stavov k tým pravdepodobnejším.

  Od súvislosti medzi entropiou a pravdepodobnosťou podľa Boltzmanna možno prejsť k definícii entropie v teórii informácie, ktorú urobil Shannon. Entropia v teórii informácie pôsobí ako miera neistoty. Pojem informácie je v istom zmysle opakom pojmu entropia. Presnejšie, informácia je definovaná ako rozdiel medzi nepodmienenou a podmienenou entropiou, ale bez vzorcov to nie je možné vysvetliť.

  Fyzici aj textári používajú pojem „entropia“. Preložené zo starovekého gréckeho jazyka do ruštiny je slovo „entropia“ spojené s obratom, transformáciou.

  Predstavitelia exaktných vied (matematika a fyzika) zaviedli tento pojem do vedeckého používania a rozšírili ho na informatiku a chémiu. R. Clausius a L. Boltzmann, E. Jaynes a K. Shannon, K. Jung a M. Planck definovali a skúmali vyššie uvedený jav.

  Tento článok sumarizuje a systematizuje hlavné prístupy k definícii entropie v rôznych vedných oblastiach.

  Entropia v exaktných a prírodných vedách

  Počnúc predstaviteľom exaktných vied R. Klausisom pojem „entropia“ označuje mieru:

  • nevratné rozptýlenie energie v termodynamike;
  • pravdepodobnosť nejakého makroskopického procesu v štatistickej fyzike;
  • neistoty akéhokoľvek systému v matematike;
  • informačná kapacita systému v informatike.

  Táto miera je vyjadrená vo vzorcoch a grafoch.

  

  Entropia ako humanitný koncept

  K. Jung zaviedol do psychoanalýzy známy koncept, ktorý študoval dynamiku osobnosti. Výskumníci v oblasti psychológie a potom sociológie rozlišujú a definujú entropiu osoby alebo sociálnu entropiu ako stupeň:

  • neistota stavu osobnosti v psychológii;
  • psychická energia, ktorú nemožno použiť pri jej investovaní do predmetu výskumu v psychoanalýze;
  • množstvo energie neprístupné pre spoločenskú zmenu, sociálny pokrok v sociológii;
  • dynamika entropie osobnosti.

  Koncept entropie sa ukázal byť žiadaným, pohodlným v teóriách, prírodných aj humanitných. Vo všeobecnosti entropia úzko súvisí s mierou, mierou neistoty, chaosu, neporiadku v akomkoľvek systéme.