Entropija v termodinamiki preprosto povedano. Kaj je entropija? Video o entropiji

Junakinja Woodyja Allena Whatever Works definira entropijo na ta način: zobno pasto je težko potisniti nazaj v tubo. Na zanimiv način razlaga tudi Heisenbergovo načelo negotovosti, še en razlog za ogled filma.

Entropija je merilo nereda, kaosa. Prijatelje ste povabili na novoletno zabavo, pospravili, pomili tla, položili malico na mizo, uredili pijačo. Skratka, vse so spravili v red in odpravili čim več kaosa. To je sistem z nizko entropijo

Kaj je entropija z enostavnimi besedami: definicija, na katerih področjih se uporablja ta izraz. Jasni primeri entropije v življenju.

Verjetno si vsi predstavljate, kaj se zgodi s stanovanjem, če zabava uspe: popoln kaos. Toda zjutraj imate na voljo sistem z visoko entropijo.

Da bi stanovanje spravili v red, morate pospraviti, torej porabiti veliko energije za to. Entropija sistema se je zmanjšala, vendar ni protislovja z drugim zakonom termodinamike – dodali ste energijo od zunaj in ta sistem ni več izoliran.

Ena od variant konca sveta je toplotna smrt vesolja zaradi drugega zakona termodinamike. Entropija vesolja bo dosegla svoj maksimum in nič drugega se v njem ne bo dogajalo.

Na splošno se vse sliši precej dolgočasno: v naravi so vse urejene stvari nagnjene k uničenju, k kaosu. Toda od kod potem življenje na Zemlji? Vsi živi organizmi so neverjetno zapleteni in urejeni in se nekako celo življenje borijo z entropijo (čeprav na koncu vedno zmaga.

Vse je zelo preprosto. Živi organizmi v procesu življenja prerazporedijo entropijo okoli sebe, to pomeni, da svojo entropijo oddajo vsemu, kar lahko. Ko na primer pojemo sendvič, lep naročen kruh in maslo spremenimo v znano. Izkazalo se je, da smo sendviču dali svojo entropijo, vendar se v splošnem sistemu entropija ni zmanjšala.

In če vzamemo zemljo kot celoto, potem sploh ni zaprt sistem: sonce nas oskrbuje z energijo za boj proti entropiji.

Entropijska psihologija.

Entropija - način interakcije človeka z družbenim okoljem je določen z dejstvom, da lahko socialno okolje na eni strani in osebnost na drugi strani vključujeta entropične in negentropske težnje, njihovo določeno razmerje pa tvori kombinatorno možno. načini interakcije; njihova široka paleta omogoča preseganje omejene definicije osebnosti kot stabilnega sistema, ki deluje v spreminjajočih se okoljskih razmerah.

Če vzamemo os »osebnost – družbeno okolje«, ki je invariantna v našem konceptualnem aparatu, in si zamislimo njeno medsebojno vrtenje z osjo »entropija-negentropija«, ki vsebuje odgovor na vprašanje »kako poteka interakcija?«, potem imamo na voljo štiri začetne možnosti:

1) negentropske težnje družbenega okolja;
2) entropične težnje družbenega okolja;
3) negentropične osebnostne nagnjenosti;
4) entropične težnje osebnosti.

Na kratko se je treba osredotočiti na opis vsakega od njih.

1. Negentropske težnje družbenega okolja. Tudi Bacon je postavil vprašanje, kako lahko človek obstaja v razmerah družbenega reda in na splošno, iz česa je ta družbeni red sestavljen. Večina sodobnih socioloških teorij je posvečena razjasnitvi njegove narave. Glede na našo nalogo v njih, da opišemo možne parametre sistema "osebnost - družbeno okolje", je dovolj opozoriti: človek je lahko vključen v formalne in neformalne odnose, katerih glavna kakovost je ponavljanje, jasnost in organiziranost, ritualne in stereotipne družbene razmere – situacije posameznikovega vedenja. Znano je, da družba ne more učinkovito vplivati ​​na posameznika, vključenega v skupino, če strategija družbenega vpliva ni konsistentna, enotna in konsistentna.

2. Entropične težnje družbenega okolja. E. Durkheim je celo obravnaval elemente kaosa in nereda, družbeno destabilizacijo in dezorganizacijo naprave na različnih stopnjah njenega razvoja, prisotnost določenih elementov neorganiziranosti v njej kot nujen pogoj za razvoj družbe. Kot veste, je to točko poudaril v povezavi s preučevanjem narave družbene anomije in kriminala. Ne da bi se spuščali v podrobnosti kritične analize stališč E. Durkheima, želimo poudariti, da se entropične težnje še posebej jasno kažejo pri delovanju majhnih družbenih skupin v mikrosocialni klimi nekaterih formalnih in neformalnih človeških združenj. Primer je pijana družba, razburjena množica med športno predstavo, situacija v delovnem kolektivu z nejasno porazdelitvijo funkcij in vlog, naključno zbiranje ljudi, ki jih ne združuje rdeča nit itd.

3. Negentropske osebnostne nagnjenosti. To se nanaša na doslednost pogledov in stališč posameznika; njeno doslednost in organiziranost v dejanjih. Zdi se odveč podrobneje obravnavati mehanizme za zagotavljanje in doseganje stabilnosti, doslednosti organiziranosti v življenju posameznika, saj je o tem vprašanju v psihološki literaturi veliko razpravo in so številna dela posvečena njenemu preučevanju. Poudarimo lahko le, da učenci in privrženci DN Uznadzeja povezujejo mehanizem stabilnosti posameznikovega vedenja in karakteroloških lastnosti, dojemanja sveta in prepričanj z fiksacijo stališča, z določeno organizacijo fiksnih stališč, njihovo sistemsko strukturo in notranjo težnjo. k konsolidaciji in združljivosti.

4. Entropične osebnostne težnje. Vedenjska disociacija, neorganiziranost, nedoslednost v dejanjih in prepričanjih, čustvena nestabilnost so manifestacije notranjega kaosa in entropijskih tendenc posameznika. Ni dvoma, da je omejevalno stanje rasti entropije značilno za patologijo, vendar bi bilo napačno, če bi tako poenostavili vprašanje, naj bi bila rast entropije povezana s patologijo, rast negentropije pa z duševnim zdravjem. . Poleg tega je pri mnogih nevrotičnih motnjah opažena prekomerna organizacija, ki se pripelje do patoloških oblik ritualizacije, in, nasprotno, pri praktično zdravih posameznikih je pod določenimi pogoji mogoče opaziti povečanje entropijskih nagnjenj. To je dobro prikazano v znanih poskusih L. Festingerja, T. Newcomba in A. Pepitona, F. G. Zimbarda v zvezi s preučevanjem fenomena deindividuacije, ki je bil delno že obravnavan. Dejstvo je, da je eden od indikatorjev deindividuacije po teh zastojih impulzivnost in destruktivno vedenje, zmanjšanje samokontrole, kaotično vedenje in dezorganizacija intrapersonalnih stanj. FG Zimbardo je jedrnato in jasno oblikoval boj med dvema trenutkoma - kaosom in redom - v človeškem obstoju: "V večnem boju reda in kaosa upamo na zmago individuacije, vendar smo skrivnostno v zaroti z notranjimi silami, ki izhajajo iz globine deindividuacije." ...

Entropijska filozofija.

ENTROPIJA (iz grščine entropia - vrtenje, preoblikovanje) je del notranje energije zaprtega sistema ali energijskega kompleksa Vesolja, ki je ni mogoče uporabiti, zlasti ni mogoče prenesti ali pretvoriti v mehansko delo. Natančna definicija entropije se izvede z uporabo matematičnih izračunov. Učinek entropije je najbolj jasno viden na primeru termodinamičnih procesov. Tako se toplota nikoli v celoti ne preoblikuje v mehansko delo in se pretvori v druge vrste energije. Omeniti velja, da pri reverzibilnih procesih vrednost entropije ostane nespremenjena, v ireverzibilnih procesih, nasprotno, vztrajno narašča, to povečanje pa nastane zaradi zmanjšanja mehanske energije. Posledično vso to množico ireverzibilnih procesov, ki se dogajajo v naravi, spremlja zmanjšanje mehanske energije, kar naj bi na koncu pripeljalo do splošne paralize ali, z drugimi besedami, "toplotne smrti". Toda tak sklep velja le v primeru postuliranja totalitarizma vesolja kot zaprte empirične danosti. Kristus. teologi so na podlagi entropije govorili o končnosti sveta in jo uporabili kot dokaz obstoja Boga.

Entropija raste. Ali entropija raste v izoliranih sistemih?

Pet mitov o razvoju in entropiji. Tretji mit.
Denar hranimo pod ključem, hrano skrivamo pred vročino v ledu.
Toda človek ne more živeti v samoti in zaprti.
Drugi zakon termodinamike pravi, da se entropija v izoliranem sistemu ne zmanjšuje, torej vztraja ali narašča. Ali lahko raste zunaj izoliranega sistema?
Takoj ugotavljamo, da se izraz "sistem" v formulaciji drugega načela uporablja le zaradi kratkosti. Pomeni kateri koli niz elementov, medtem ko sistem vključuje povezave med njimi in prevzame določeno celovitost. Tako povezave kot celovitost lahko le upočasnita rast entropije, pri čemer izključimo nekatera (morda nezaželena za sistem) stanja. V nobenem drugem pogledu doslednost ni pomembna za drugo načelo.
Zahteva po izolaciji izhaja iz dejstva, da se entropija iz odprtega sistema lahko izvozi in razprši v okolje. Toda po tem, ko se izolirana množica elementov uravnoteži, doseže najverjetnejše makrostanje, entropija, ko je dosegla svoj maksimum, ne more več rasti.
Rast entropije je možna le ob prisotnosti neke vrste neravnovesja, ki ne bo nastalo, dokler se ne obnovi dotok energije od zunaj ali njen odtok. Ni zaman, da stvari odlagamo v izolirana skladišča - to preprečuje zunanje vplive, ki prispevajo k nastanku neravnovesja in nadaljnji rasti entropije. Zato izolacija, tako kot sistemnost, ne prispeva k rasti entropije, temveč le zagotavlja njeno nezmanjšanje. Izven izoliranega sistema, v odprtem okolju, entropija pretežno raste.
Čeprav klasična formulacija drugega principa ne pove, kako se entropija spreminja v odprtih sistemih in okoljih, to ni velik problem. Dovolj je, da miselno ločimo del okolja ali skupino odprtih sistemov, ki sodelujejo v procesu in ne doživljajo zunanjih vplivov, in jih obravnavamo kot en sam izoliran sistem. Potem se njihova skupna entropija ne sme zmanjšati. Tako je na primer trdil W. Ashby, ko je ocenjeval učinek enega sistema na drugega, in I. Prigogine, ko je obravnaval disipativne strukture.
Še huje, zdi se, da velik razred procesov, pri katerih raste entropija, in sicer procesi kopičenja motenj v sistemih pod vplivom zunanjih sil, izstopi iz delovanja drugega principa - navsezadnje ne morejo potekati v izoliranih sistemih!
Zato bi bilo bolje, da bi zakon formulirali takole: vsak spontani proces transformacije energije, mase, informacije ne zmanjša skupne entropije vseh sistemov in delov okolja, ki so povezani z njim. V takšni formulaciji je odpravljena pretirana zahteva po doslednosti, zagotovljena je izolacija z upoštevanjem vseh elementov, ki so vključeni v proces, in potrjuje veljavnost zakona za vse spontane procese.

Entropija preprosto povedano. Kaj je entropija z enostavnimi besedami

Najpogosteje besedo "entropija" najdemo seveda v klasični fiziki. To je eden najtežjih konceptov te znanosti, zato se tudi študenti fizičnih univerz pogosto srečujejo s težavami pri dojemanju tega izraza. To je seveda fizični kazalnik, vendar je pomembno razumeti eno dejstvo - entropija ni podobna običajnim pojmom prostornine, mase ali tlaka, saj je entropija ravno lastnost določene snovi, ki jo obravnavamo.

Preprosto povedano, entropija je pokazatelj, koliko informacij o določeni temi ne poznamo. No, na primer na vprašanje, kje živim, vam bom odgovoril - v Moskvi. To je zelo specifična koordinata - glavno mesto Ruske federacije - vendar je Moskva precej veliko mesto, tako da še vedno ne poznate točnih podatkov o moji lokaciji. Ko pa vam povem svojo, na primer poštno številko, se bo entropija o meni kot objektu zmanjšala.

To ni povsem natančna analogija, zato bomo za pojasnitev navedli še en primer. Recimo, da vzamemo deset šeststranskih kock. Pustimo jih vse po vrsti, nato pa vam bom povedal skupno število padlih kazalnikov - trideset. Na podlagi vsote vseh rezultatov ne boste mogli zagotovo reči, katera figura in na kateri matrica je izpadla - preprosto nimate dovolj podatkov za to. V našem primeru se bo vsaka izpadla številka v jeziku fizikov imenovala mikrostanje, količina, enaka trideset, v istem fizičnem narečju pa makrostanje. Če izračunamo, koliko možnih mikrostanj nam lahko skupaj da tri ducate, pridemo do zaključka, da njihovo število doseže skoraj tri milijone vrednosti. S posebno formulo lahko izračunamo indeks entropije v tem verjetnostnem poskusu - šest in pol. Od kod je prišla polovica, se morda vprašate? Ta delni del se pojavi zaradi dejstva, da lahko pri številčenju v sedmem vrstnem redu delujemo samo s tremi številkami - 0, 1 in 2.

Entropija v biologiji. Entropija (razen dvoumnosti)

Entropija:

• Entropija je merilo nepopravljive disipacije energije, merilo odstopanja realnega procesa od idealnega.
• Termodinamična entropija - funkcija stanja termodinamičnega sistema
• Entropija (biologija) je merska enota biotske raznovrstnosti v biološki ekologiji.
• Informacijska entropija je merilo naključnosti informacij, negotovosti videza katerega koli simbola primarne abecede.
• Entropy je peer-to-peer decentralizirano računalniško komunikacijsko omrežje, zasnovano tako, da je odporno na cenzuro omrežja.
• Topološka entropija
• Metrična entropija
• Entropija dinamičnega sistema
• Diferencialna entropija
• Entropija jezika je statistična funkcija besedila v določenem jeziku ali samega jezika, ki določa količino informacij na enoto besedila.
• Entropy (journal) je mednarodna interdisciplinarna revija v angleškem jeziku o raziskavah entropije in informacij.

• "Entropija" je celovečerni film Marie Sahakyan iz leta 2012.
• Entropija je namizna igra iz leta 1977 Erica Solomona in 1994 Augustina Carrena.

Video o entropiji

Entropijski primeri. Uvod

Entropija

Slovar tujih besed vsebuje naslednjo definicijo entropije: entropija - 1) v fiziki - ena od veličin, ki označujejo toplotno stanje telesa ali sistema teles; merilo notranje motnje sistema; pri vseh procesih, ki se pojavljajo v zaprtem sistemu, se entropija bodisi poveča (nepovratni procesi) bodisi ostane konstantna (reverzibilni procesi); 2) v teoriji informacij - merilo negotovosti situacije (naključne spremenljivke) s končnim ali celo številom izidov, na primer eksperiment, pred katerim rezultat ni natančno znan.

Koncept entropije je Clausius prvi uvedel v znanost leta 1865 kot logičen razvoj Carnotove termodinamike.

Toda ta koncept označujem kot merilo kaosa. Po mojem mnenju je to trenutno najbolj optimalna tema, ker je popolnoma povezana z življenjem. Entropija je v vsem. V naravi, v človeku, v različnih znanostih. Tudi rojstvo osebe v maternici se začne s kaosom. Entropijo lahko povežemo tudi z nastankom planeta, saj so bili pred pojavom Boga na Zemlji vsi naravni pojavi in ​​vse, kar je bilo na planetu, v visoki stopnji entropije. Toda po sedmih dneh je planet dobil urejen videz, torej se je vse postavilo na svoje mesto.

Na podlagi svojih ugotovitev bi želel ta pojav podrobneje analizirati in tako rekoč zmanjšati entropijo razumevanja tega pojava.

Entropija vesolja je količina, ki označuje stopnjo neurejenosti in toplotno stanje vesolja. Klasična definicija entropije in način njenega izračuna nista primerni za Vesolje, saj v njem delujejo sile gravitacije, sama snov pa ne tvori zaprtega sistema. Vendar je mogoče dokazati, da je celotna entropija ohranjena v priloženem volumnu.

V razmeroma počasi razširjajočem se vesolju je entropija v spremljajočem volumnu ohranjena in je po velikosti entropija enaka številu fotonov.

Zakon o ohranitvi entropije v vesolju

V splošnem primeru ima prirast notranje energije obliko:

Upoštevajmo, da so kemični potenciali delcev enaki po vrednosti in nasprotni po predznaku:

Če menimo, da je razširitev ravnotežni proces, potem lahko zadnji izraz uporabimo za spremljajoči volumen (V∝a3 (\ displaystyle V \ propto a ^ (3)), kjer je a (\ displaystyle a) "polmer "vesolja). Vendar v spremljajočem volumnu ostaja razlika med delci in antidelci. Glede na to dejstvo imamo:

Toda razlog za spremembo obsega je širitev. Če zdaj, ob upoštevanju te okoliščine, razlikujemo zadnji izraz v času:

Zdaj, če nadomestimo enačbo kontinuitete, vključeno v sistem:

Slednje pomeni, da je entropija ohranjena v priloženem volumnu.

Friderikovo kronanje v cerkvi gradu Königsberg

Friedrich, sin Brandenburškega volivca Friedricha Wilhelma z vzdevkom Veliki volilec, se je rodil v Königsbergu 11. julija 1657 od prve žene svojega očeta Louise Henriette. Smrt njegovega starejšega brata Karla-Emila leta 1674 mu je odprla pot do krone.

Slabega zdravja, brez hrbtenice, zlahka vplivan, bil je nagnjen k razkošju in sijaju. Presenetljivo razliko med njim in očetom so opazili vsi zgodovinarji - razliko v značaju, pogledih in težnjah. Lavis Fredericka primerno imenuje izgubljeni sin skopuške družine. Ob strasti do razkošja je stal Friderik III. čaščenje vsega francoskega. Deutsch-französische Modegeist iz leta 1689 pravi: »Zdaj mora biti vse francosko: francosko, francoska oblačila, francoska kuhinja, jedi, francoski plesi, francoska glasba in francoska bolezen. Ponosni, prevarantski, izprijeni francoski duh je Nemce popolnoma uspaval." Za vzdrževanje dvorišča se je letno porabilo do 820.000 talirjev, torej le 10.000 talirjev manj kot za vzdrževanje celotne civilne uprave države. Friderik II je svojega dedka opisal z besedami: "Velik v majhnih zadevah in majhen v velikem."

Najučinkovitejši cikel toplotnega stroja je Karnotov toplotni cikel. Sestavljen je iz dveh izotermičnih in dveh adiabatnih procesov. Drugi zakon termodinamike pravi, da za opravljanje dela ni mogoče uporabiti vse toplote, ki jo dovaja toplotni motor. Učinkovitost takšnega motorja, ki izvaja Carnotov cikel, daje mejno vrednost tistega njegovega dela, ki se lahko uporabi za te namene.

Nekaj ​​besed o reverzibilnosti fizikalnih procesov

Fizični (in v ožjem pomenu termodinamičnega) proces v določenem sistemu teles (vključno s trdnimi snovmi, tekočinami, plini) je reverzibilen, če je po njegovem izvajanju mogoče obnoviti stanje, v katerem je bil sistem. preden se je začelo. Če se na koncu procesa ne more vrniti v prvotno stanje, je nepovraten.

Reverzibilni procesi se v naravi ne pojavljajo. To je idealiziran model realnosti, nekakšen instrument za njeno raziskovanje v fiziki. Primer takega procesa je Karnotov cikel. Idealen toplotni motor je model pravega sistema, ki izvaja proces, poimenovan po francoskem fiziku Sadiju Carnotu, ki ga je prvi opisal.

Kaj povzroča ireverzibilnost procesov?

Dejavniki, ki vodijo do tega, vključujejo:

• toplotni tokovi od vira toplote do porabnika s končno temperaturno razliko med njimi;
• neomejena ekspanzija plina;
• mešanje dveh plinov;
• trenje;
• prehod električnega toka skozi upor;
• neelastična deformacija;
• kemične reakcije.

Proces je nepovraten, če je prisoten kateri koli od teh dejavnikov. Idealni Carnotov cikel je reverzibilen proces.

Zunanje in notranje reverzibilni procesi

Ko se proces izvaja, se lahko dejavniki njegove ireverzibilnosti nahajajo v samem sistemu teles, pa tudi v njegovi bližini. Imenuje se notranje reverzibilno, če je mogoče sistem povrniti v enako ravnotežno stanje, v katerem je bil na začetku. Hkrati v njej ne more biti nobenih ireverzibilnih dejavnikov, medtem ko obravnavani proces traja.

Če dejavniki ireverzibilnosti v procesu niso zunaj meja sistema, se imenuje zunanje reverzibilno.

Proces se imenuje popolnoma reverzibilen, če je tako notranje kot zunanje reverzibilen.

Kaj je Karnotov cikel?

V tem procesu, ki ga izvaja idealni toplotni motor, delovna tekočina - ogret plin - opravlja mehansko delo zaradi toplote, ki jo prejme iz visokotemperaturnega toplotnega rezervoarja (grelnika), in odda toploto tudi nizkotemperaturnemu toplotnemu rezervoarju ( hladilnik).

Carnotov cikel je eden najbolj znanih reverzibilnih ciklov. Sestavljen je iz štirih reverzibilnih procesov. In čeprav so takšne zanke v praksi nedosegljive, postavljajo zgornje meje zmogljivosti pravih zank. Teoretično je prikazano, da ta neposredni cikel pretvarja toplotno energijo (toploto) v mehansko delo z največjim možnim izkoristkom.

Kako idealen plin izvaja Carnotov cikel?

Razmislite o idealnem toplotnem motorju, ki vsebuje plinski valj in bat. Štirje reverzibilni ciklični procesi takega stroja so:

1. Reverzibilna izotermična ekspanzija. Na začetku procesa ima plin v jeklenki temperaturo T H. Skozi stene jeklenke pride v stik z grelcem, ki ima s plinom neskončno majhno temperaturno razliko. Posledično ni ustreznega faktorja ireverzibilnosti v obliki končne temperaturne razlike in poteka reverzibilni proces prenosa toplote od grelnika do delovne tekočine - plina. Njegova notranja energija raste, se širi počasi, medtem ko opravlja delo premikanja bata in ostaja pri konstantni temperaturi T H. Skupna količina toplote, ki jo grelec med tem postopkom prenese na plin, je enaka Q H, vendar se le del pozneje pretvori v delo.

2. Reverzibilna adiabatna ekspanzija. Grelec se odstrani in Carnotov plin se adiabatno počasi širi naprej (s konstantno entropijo) brez izmenjave toplote skozi stene cilindra ali bat. Njegovo delo pri premikanju bata vodi do zmanjšanja notranje energije, ki se izraža v znižanju temperature s T H na T L. Če predpostavimo, da se bat premika brez trenja, je proces reverzibilen.

3. Reverzibilna izotermična kompresija. Jeklenka pride v stik s hladilnikom s temperaturo T L. Bat potisne nazaj z zunanjo silo, ki opravlja delo stiskanja plina. Hkrati njegova temperatura ostane enaka T L, proces, vključno s prenosom toplote iz plina v hladilnik in stiskanjem, pa ostane reverzibilen. Skupna količina toplote, ki se odvaja iz plina v hladilnik, je enaka Q L.

4. Reverzibilna adiabatna kompresija. Hladilnik se odstrani in plin se adiabatno (pri konstantni entropiji) počasi dodatno stisne. Njegova temperatura se dvigne od T L do T N. Plin se vrne v prvotno stanje, s čimer se cikel zaključi.

Carnotova načela

Če so procesi, ki sestavljajo Carnotov cikel toplotnega stroja, reverzibilni, se imenuje reverzibilni toplotni stroj. Sicer pa imamo njeno nepovratno različico. V praksi so vsi toplotni motorji takšni, saj reverzibilnih procesov v naravi ni.

Carnot je oblikoval načela, ki so posledica drugega zakona termodinamike. Izražene so na naslednji način:

1. Učinkovitost ireverzibilnega toplotnega motorja je vedno manjša od učinkovitosti reverzibilnega, ki deluje iz istih dveh toplotnih rezervoarjev.

2. Učinkovitost vseh reverzibilnih toplotnih motorjev, ki delujejo iz istih dveh toplotnih rezervoarjev, je enaka.

To pomeni, da učinkovitost reverzibilnega toplotnega motorja ni odvisna od uporabljene delovne tekočine, njenih lastnosti, časa cikla in vrste toplotnega motorja. To je samo funkcija temperature rezervoarjev:

kjer je Q L toplota, prenesena v nizkotemperaturni rezervoar, ki ima temperaturo T L; Q H - toplota, prenesena iz visokotemperaturnega rezervoarja, ki ima temperaturo T H; g, F - vse funkcije.

Carnotov toplotni motor

Imenuje se toplotni motor, ki deluje po reverzibilnem Carnotovem ciklu. Toplotni izkoristek katerega koli toplotnega motorja, reverzibilnega ali ne, je opredeljen kot

η th = 1 - Q L / Q H,

pri čemer sta Q L in Q H količini toplote, preneseni v ciklu v nizkotemperaturni rezervoar pri temperaturi T L in iz visokotemperaturnega rezervoarja pri temperaturi T H. Pri reverzibilnih toplotnih motorjih je toplotni izkoristek mogoče izraziti z absolutnimi temperaturami teh dveh rezervoarjev:

η th = 1 - T L / T H.

Učinkovitost Carnotovega toplotnega motorja je najvišja učinkovitost, ki jo lahko doseže toplotni motor, ko deluje med visokotemperaturnim rezervoarjem pri T H in nizkotemperaturnim rezervoarjem pri T L. Vsi ireverzibilni toplotni motorji, ki delujejo med istima dvema rezervoarjema, imajo nižji izkoristek.

Povratni postopek

Zadevni cikel je popolnoma reverzibilen. Njegovo različico za hlajenje je mogoče doseči, če se vsi procesi, ki so vključeni v njo, obrnejo. V tem primeru se delo Carnotovega cikla uporablja za ustvarjanje temperaturne razlike, t.j. termalna energija. Med reverznim ciklom plin prejme količino toplote Q L iz nizkotemperaturnega rezervoarja, količina toplote Q H pa jim je dana v visokotemperaturnem toplotnem rezervoarju. Energija W neto, in je potrebna za dokončanje cikla. Enaka je površini figure, omejene z dvema izotermama in dvema adiabatama. PV diagrami Carnotovega cikla naprej in nazaj so prikazani na spodnji sliki.

Hladilnik in toplotna črpalka

Hladilnik ali toplotna črpalka, ki izvaja obratni Carnotov cikel, se imenuje Carnotov hladilnik ali Carnotova toplotna črpalka.

Učinkovitost reverzibilnega ali ireverzibilnega hladilnika (η R) ali toplotne črpalke (η HP) je opredeljena kot:

kjer je Q N količina toplote, odvedena v visokotemperaturni rezervoar;
Q L - količina toplote, prejeta iz nizkotemperaturnega rezervoarja.

Za reverzibilne hladilnike ali toplotne črpalke, kot so hladilniki Carnot ali toplotne črpalke Carnot, je učinkovitost mogoče izraziti z absolutnimi temperaturami:

kjer je T H = absolutna temperatura v visokotemperaturnem rezervoarju;
T L = absolutna temperatura v nizkotemperaturnem rezervoarju.

η R (ali η HP) je najvišja učinkovitost hladilnika (ali toplotne črpalke), ki jo lahko dosežejo, ko delujejo med visokotemperaturnim rezervoarjem pri T H in nizkotemperaturnim rezervoarjem pri T L. Vsi ireverzibilni hladilniki ali toplotne črpalke, ki delujejo med istima rezervoarjema, imajo nižji izkoristek.

Gospodinjski hladilnik

Osnovna ideja domačega hladilnika je preprosta: uporablja izhlapevanje hladilnega sredstva za absorpcijo toplote iz ohlajenega prostora v hladilniku. V vsakem hladilniku so štirje glavni deli:

• Kompresor.
• Cevni radiator zunaj hladilnika.
• Ekspanzijski ventil.
• Cevi za izmenjavo toplote v hladilniku.

Obratni Carnotov cikel, ko hladilnik deluje, se izvede v naslednjem vrstnem redu:

• Adiabatna kompresija. Kompresor stisne hlape hladilnega sredstva in zviša njihovo temperaturo in tlak.
• Izotermična kompresija. Visokotemperaturna para hladilnega sredstva, ki jo stisne kompresor, odvaja toploto v okolje (visokotemperaturni rezervoar), ko teče skozi radiator zunaj hladilnika. Hlapi hladilnega sredstva se kondenzirajo (stisnejo) v tekočo fazo.
• Adiabatna ekspanzija. Tekoče hladilno sredstvo teče skozi ekspanzijski ventil, da zmanjša njegov tlak.
• Izotermična ekspanzija. Hladno tekoče hladilno sredstvo izhlapi, ko prehaja skozi cevi za izmenjavo toplote v notranjosti hladilnika. V procesu izhlapevanja se njegova notranja energija poveča, ta rast pa zagotavlja odvzem toplote iz notranjega prostora hladilnika (nizkotemperaturni rezervoar), zaradi česar se ohladi. Plin nato ponovno vstopi v kompresor za stiskanje. Ponovi se obratni Carnotov cikel.

Singularnost. Komentarji (1)

Teorija in praksa je stran o sodobnem znanju. Uporaba materialov T&P je dovoljena le s predhodnim soglasjem imetnikov avtorskih pravic. Vse pravice do slik in besedil pripadajo njihovim avtorjem. Spletno mesto lahko vsebuje vsebino, ki ni namenjena osebam, mlajšim od 16 let.

• o projektu
• zemljevid strani
• Stiki
• Postavi vprašanje

• Pogoji storitve
• Zaupnost
• Posebni projekti
• Facebook
• V stiku z
• Twitter
• Telegram

Prijavite se za T&P

Poslali vam bomo najpomembnejše T&P materiale in kompilacije. Kratko in brez neželene pošte.

S klikom na gumb se strinjate z obdelavo osebnih podatkov in se strinjate s politiko zasebnosti.

• Entropija (iz starogrške. Ἐντροπία "obrat", "preoblikovanje") je izraz, ki se pogosto uporablja v naravoslovju in eksaktnih znanostih. Prvič je bil uveden v okviru termodinamike kot funkcija stanja termodinamičnega sistema, ki določa mero ireverzibilne disipacije energije. V statistični fiziki entropija označuje verjetnost nastanka makroskopskega stanja. Poleg fizike se izraz pogosto uporablja v matematiki: informacijski teoriji in matematični statistiki.

  Entropijo lahko razlagamo kot merilo negotovosti (motnje) določenega sistema, na primer neke izkušnje (test), ki ima lahko različne izide in s tem količino informacij. Tako je druga interpretacija entropije informacijska zmogljivost sistema. S to razlago je povezano dejstvo, da je snovalec koncepta entropije v informacijski teoriji (Claude Shannon) želel to količino najprej poimenovati informacija.

  Koncept informacijske entropije se uporablja tako v informacijski teoriji in matematični statistiki kot v statistični fiziki (Gibbsova entropija in njena poenostavljena različica - Boltzmannova entropija). Matematični pomen informacijske entropije je logaritem števila razpoložljivih stanj sistema (osnova logaritma je lahko različna, določa mersko enoto entropije). Ta funkcija števila stanj zagotavlja lastnost aditivnosti entropije za neodvisne sisteme. Poleg tega, če se stanja razlikujejo po stopnji razpoložljivosti (to je, da niso enako verjetna), je treba število stanj sistema razumeti kot njihovo efektivno število, ki se določi na naslednji način. Naj so stanja sistema enako verjetna in imajo verjetnost

  (\ displaystyle p)

  Nato število držav

  (\ slog prikaza N = 1 / p)

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

  V primeru različnih verjetnosti stanj

  (\ displaystyle p_ (i))

  Upoštevajte tehtano povprečje

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

  (\ slog prikaza (\ čez črto (N)))

  Dejansko število držav. Ta razlaga neposredno implicira izraz za Shannonovo informacijsko entropijo

  (\ slog prikaza H = \ log (\ nadrobni črt (N)) = - \ vsota _ (i = 1) ^ (N) p_ (i) \ log p_ (i))

  Podobna interpretacija velja tudi za entropijo Renyi, ki je ena od posplošitev koncepta informacijske entropije, vendar je v tem primeru efektivno število stanj sistema definirano drugače (dokaže se lahko, da je efektivno število stanj ustreza Renyijevi entropiji, opredeljeni kot povprečna moč, utežena s parametrom

  (\ displaystyle q \ leq 1)

  Na vsakdanji ravni je entropija merilo neurejenosti ali merilo negotovosti.

  Entropija je v fiziki med temeljnimi pojmi, kot sta energija ali temperatura. Entropijo lahko opredelimo kot eno od osnovnih termodinamičnih funkcij (prvi je to storil Clausius).

  Ena glavnih temeljnih lastnosti sveta, v katerem živimo, se imenuje drugi zakon termodinamike. Obstajajo tri na videz različne, a logično enakovredne formulacije drugega zakona termodinamike. V Thomson-Planckovi formulaciji piše: nemogoče je zgraditi občasno delujoč stroj, katerega edini rezultat bi bil dvig bremena s hlajenjem toplotnega rezervoarja. Obstaja Clausiusova formulacija: toplota ne more spontano preiti z manj segretega telesa na bolj segreto telo. V tretji formulaciji tega temeljnega zakona je »glavni lik« entropija: v adiabatno izoliranem sistemu se entropija ne more zmanjšati; se poveča ali ostane konstantna.

  Iz te formulacije je najbolj jasna temeljna ireverzibilnost fizikalnih procesov, pa tudi neizogibna degradacija vsakega zaprtega sistema (vse različne oblike energije se na koncu pretvorijo v toplotno energijo, po kateri procesi ne postanejo možni). S posplošitvijo tega načela na celotno vesolje je Clausius oblikoval hipotezo o toplotni smrti vesolja.

  Ta ireverzibilnost procesov, ki je posledica drugega principa, je bila v očitnem nasprotju z reverzibilnostjo mehanskega gibanja. Ob razmišljanju o tem paradoksu je Boltzmann prejel popolnoma neverjetno formulo za entropijo, ki je razkrila popolnoma novo vsebino. Boltzmann je s statističnimi metodami pokazal, da je entropija premosorazmerna z logaritmom termodinamične verjetnosti. Ta formula je vklesana na nagrobnik znanstvenika na osrednjem dunajskem pokopališču. Boltzmannovo odkritje je toliko bolj pomembno, ker je koncept verjetnosti najprej prodrl v same temelje fizike (nekaj desetletij pred izgradnjo nove slike sveta, ki temelji na kvantni mehaniki).

  Tako bi po Boltzmannu lahko drugi zakon termodinamike zvenel takole: narava se nagiba k premikanju iz manj verjetnih stanj v bolj verjetna.

  Od povezave med entropijo in verjetnostjo po Boltzmannu lahko nadaljujemo z definicijo entropije v teoriji informacij, ki jo je naredil Shannon. Entropija v teoriji informacij deluje kot merilo negotovosti. Koncept informacije je v nekem smislu nasprotje koncepta entropije. Natančneje, informacija je opredeljena kot razlika med brezpogojnimi in pogojnimi entropijami, vendar tega brez formul ni mogoče razložiti.

  Tako fiziki kot tekstopisci uporabljajo koncept "entropije". V prevodu iz starogrškega jezika v ruščino je beseda "entropija" povezana z obratom, preobrazbo.

  Predstavniki natančnih znanosti (matematika in fizika) so ta izraz uvedli v znanstveno rabo in ga razširili na računalništvo in kemijo. R. Clausius in L. Boltzmann, E. Jaynes in K. Shannon, K. Jung in M. Planck so definirali in raziskali zgornji pojav.

  Ta članek povzema in sistematizira glavne pristope k definiciji entropije na različnih znanstvenih področjih.

  Entropija v točnih in naravoslovnih znanostih

  Začenši s predstavnikom točnih znanosti R. Klausisom, izraz "entropija" označuje mero:

  • nepovratna disipacija energije v termodinamiki;
  • verjetnost nekega makroskopskega procesa v statistični fiziki;
  • negotovosti katerega koli sistema v matematiki;
  • informacijska zmogljivost sistema v informatiki.

  Ta ukrep je izražen v formulah in grafih.

  

  Entropija kot humanitarni koncept

  K. Jung je v psihoanalizo uvedel znan koncept, ki preučuje dinamiko osebnosti. Raziskovalci s področja psihologije, nato pa sociologije, razlikujejo in definirajo entropijo osebe ali družbeno entropijo kot stopnjo:

  • negotovost stanja osebnosti v psihologiji;
  • psihična energija, ki je ni mogoče uporabiti pri vlaganju v predmet raziskovanja v psihoanalizi;
  • količina energije, nedostopna za družbene spremembe, družbeni napredek v sociologiji;
  • dinamika osebnostne entropije.

  Izkazalo se je, da je koncept entropije zahtevan, priročen v teorijah, tako naravoslovnih kot humanitarnih. Na splošno je entropija tesno povezana z mero, stopnjo negotovosti, kaosom, neredom v katerem koli sistemu.