Termodinamiskā entropija
Termodinamiskā entropija ir mērvienība, kas parāda, cik organizēta vai neorganizēta ir enerģija atomu vai molekulu sistēmā. To mēra enerģijas džoulos uz kelvina vienību. Entropija ir svarīga trešā termodinamikas likuma daļa.
Iedomājieties, ka molekulu grupai ir desmit enerģijas vienības. Ja enerģija šajās molekulās ir perfekti organizēta, tad molekulas var veikt desmit darba vienības. Tomēr, ja enerģija kļūtu mazāk organizēta (tātad entropija palielinātos), molekulas varētu paveikt tikai sešas darba vienības, lai gan tajās joprojām ir desmit enerģijas vienības.
Kad kopējā entropija ir sasniegta, vairs nav enerģijas, ko tērēt. Labs piemērs tam ir tasīte karstas tējas. Tējai ir daudz enerģijas salīdzinājumā ar telpu, kurā tā atrodas. Laika gaitā tējas siltums izplatīsies telpā. Tēja kļūs aukstāka. Tas notiek tāpēc, ka tējas enerģija (siltums) pārvietojas uz apkārtējo telpu. Kad tēja ir kļuvusi auksta, siltums vairs nevar izplatīties. Tēja ir sasniegusi pilnīgu entropiju.
Ir divu veidu "istabas": Atvērtā sistēma un slēgtā sistēma. Atvērtā sistēma nozīmē, ka enerģija (piemēram, siltums) var brīvi ieplūst telpā un izplūst no tās. Slēgta sistēma nozīmē, ka telpa ir norobežota no ārpuses; enerģija nevar ne ieplūst, ne izplūst.
Tējas gadījumā telpa bija slēgta sistēma; tajā nevarēja ienākt nekāda enerģija. Bet mēs varam to padarīt arī par atvērtu sistēmu, ievietojot telpā sildītāju. Ja mēs ieslēdzam sildītāju, mēs varam izmantot no tā izdalīto siltumu, lai uzsildītu tējas tasi. Telpā ir ienesta jauna enerģija. Tādējādi entropija ir samazinājusies. Siltums, kas no sildītāja nonāca tējā, var atkal pāriet telpā, līdz ir sasniegta kopējā entropija. Tas ir termodinamikas otrais likums.
Reāls atvērtas sistēmas piemērs ir Zeme. Katru dienu tā saņem daudz enerģijas no Saules. Tas ļauj augiem augt un ūdenim palikt šķidram. Ja mēs atņemtu Saulei enerģiju, augi atmirtu un ūdens sasaltu, jo mūsu planētas virsma būtu pārāk auksta.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir termodinamiskā entropija?
A: Termodinamiskā entropija ir mērvienība, kas parāda, cik organizēta vai neorganizēta ir enerģija atomu vai molekulu sistēmā. To mēra enerģijas džoulos uz kelvina vienību.
J: Ko nosaka trešais termodinamikas likums?
A: Trešais termodinamikas likums nosaka, ka tad, kad kopējā entropija ir sasniegta, vairs nav iespējams tērēt enerģiju.
J: Kādi ir divi tekstā minētie "telpu" veidi?
A.: Tekstā ir minēti divi "telpu" veidi: atvērta sistēma un slēgta sistēma. Atvērta sistēma nozīmē, ka enerģija (piemēram, siltums) var brīvi ieplūst un izplūst, savukārt slēgta sistēma nozīmē, ka tā ir noslēgta no ārpuses; enerģija nevar ieplūst vai izplūst.
J: Kā jaunā enerģija ietekmē kopējo entropiju?
A: Jauna enerģija samazina kopējo entropiju, jo tā ļauj sistēmai vairāk organizēties. Piemēram, ja mēs ievietojam sildītāju telpā, kurā ir auksta tēja, mēs varam izmantot no tā iegūto siltumu, lai uzsildītu tējas tasi. Tādējādi telpā nonāk jauna enerģija, kas samazina tās kopējo entropiju.
J: Vai varat minēt atvērtas sistēmas piemēru?
Atbilde: Reāls atvērtas sistēmas piemērs ir Zeme, jo tā katru dienu no Saules saņem daudz enerģijas, kas ļauj augiem augt un ūdenim palikt šķidram.
J: Kā tas, ka tiek sasniegta kopējā entropija, ietekmē karstas tējas tasi?
Atbilde: Kad karstas tējas tasītei ir sasniegta kopējā entropija, vairs nebūs siltuma, ko izplatīt, tāpēc tā kļūs auksta, jo viss tās siltums pārvietosies uz apkārtējo vidi.
