ኢንትሮፒ

ኢንትሮፒ ማተር

በቀደመው ውይይት፣ የሁለተኛውን የቴርሞዳይናሚክስ ህግ በርካታ ልዩ መግለጫዎችን አጥንተናል። እነዚህ የተወሰኑ መግለጫዎች ሊቀለበሱ የማይችሉ ሂደቶችን ብቻ ሊያብራሩ እንደሚችሉ ልብ ሊባል ይገባል። የክላውሲየስ መግለጫ የሙቀት ማስተላለፍን እና ከማቀዝቀዣዎች የስራ መርህ ጋር ያለውን ግንኙነት ብቻ ያብራራል። የኬልቪን እና የፕላንክ መግለጫዎች ከሙቀት ሞተሮች የስራ መርህ ጋር ይዛመዳሉ ። በመሠረቱ፣ እነዚህ ሁለት መግለጫዎች ከሙቀት ማስተላለፍ ጋር ይዛመዳሉ። በእነዚህ ሁለት መግለጫዎች ሊገለጹ የማይችሉ ሌሎች የማይቀለበሱ ሂደቶች አሉ።

የሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ ልዩ መግለጫ ሁሉንም የማይቀለበስ ሂደቶችን ሊያብራራ አይችልም፣ ስለዚህ የበለጠ አጠቃላይ መግለጫ ያስፈልገናል። ይህ አጠቃላይ መግለጫ በአጽናፈ ዓለም ውስጥ የሚከሰቱትን የማይቀለበስ ሂደቶችን ሁሉ እንደሚያብራራ ይጠበቃል። የሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ አጠቃላይ መግለጫ የተቀረፀው በአስራ ዘጠነኛው ክፍለ ዘመን አጋማሽ ላይ፣ ኢንትሮፒ (S) በሚባል መጠን ብቻ ነው። ኢንትሮፒ እንደ መዛባት መለኪያ ተደርጎ ሊወሰድ ይችላል። የኢንትሮፒ መጠን ለመጀመሪያ ጊዜ በክላውሲየስ የተጀመረ ሲሆን ከካርኖት ዑደት (ፍጹም የሙቀት ሞተር) የተገኘ ነው። እንደ ክላውሲየስ ገለጻ፣ ስርዓቱ በቋሚ የሙቀት መጠን ተጨማሪ ሙቀት (Q) ሲቀበል በስርዓት የሚያጋጥመው የኢንትሮፒ ለውጥ መጠን በእኩልታው ይገለጻል፡

ኢንትሮፒ የአንድን ስርዓት ጥቃቅን ሁኔታ የሚገልጽ ብዛት ሲሆን ስለዚህ በቀጥታ ሊለካ አይችልም። የምንመረምረው በኢንትሮፒ ላይ ያለውን ለውጥ ብቻ ነው። በመጀመሪያው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ ውስጥ ካለው የኃይል ለውጥ ጋር ተመሳሳይ ነው ።

ምሳሌ ጥያቄ 1፡

በአንድ ኮንቴይነር ውስጥ ያለ ጋዝ መጠን የአዲባቲክ መስፋፋትን ያካሂዳል። በጋዙ ኢንትሮፒ ላይ ያለው ለውጥ ምንድን ነው?

ውይይት

በአዲባቲክ ሂደት ወቅት፣ ሙቀት ወደ ስርዓቱ (ጋዝ) አይገባም ወይም አይወጣም። Q = 0፣ Δ S = 0 ስለሆነ። የስርዓቱ ኢንትሮፒ ቋሚ ሆኖ ይቆያል። ስለ አዲባቲክ ኮምፕሬሽንስስ? በመሠረቱ ተመሳሳይ ነው። በአዲባቲክ ኮምፕሬሽን ወቅት፣ ምንም ሙቀት ወደ ስርዓቱ አይገባም ወይም አይወጣም (Q = 0)። ስለዚህ፣ የስርዓቱ ኢንትሮፒ ቋሚ ነው።

ምሳሌ ጥያቄ 2፡

የካርኖት ሞተር በ500 ኪ.ሜ 2000 ጄ ሙቀት ይቀበላል፣ በ350 ኪ.ሜ የተወሰነ የሙቀት መጠን ይሰራል እና ውድቅ ያደርጋል። በአንድ ዑደት ወቅት የተወገደው የሙቀት መጠን እና በሞተሩ ውስጥ ያለው አጠቃላይ የኢንትሮፒ ለውጥ ይወስኑ።

ውይይት

ስርዓቱ ሙቀትን የሚቀበል ከሆነ Q ፖዘቲቭ ነው፣ ስርዓቱ ሙቀትን የሚለቅ ከሆነ Q አሉታዊ ነው። የዚህ ጉዳይ ስርዓት የካርኖት ሞተር ነው።

በአንድ ዑደት ወቅት፣ የካርኖት ሞተር ሁለት የሚቀለበስ የኢሶተርማል ሂደቶችን (ኢሶተርማል መስፋፋት + ኢሶተርማል መጨናነቅ) እና ሁለት የሚቀለበስ የአዲያባቲክ ሂደቶችን (አዲያባቲክ መስፋፋት እና አዲያባቲክ መጨናነቅ) ያካሂዳል። በአዲያባቲክ መስፋፋት እና መጭመቂያ ሂደቶች ወቅት፣ ምንም ሙቀት ወደ ስርዓቱ አይገባም ወይም አይወጣም (Q = 0)። ከQ = 0 ጀምሮ፣ በአዲያባቲክ ሂደት ወቅት የኢንትሮፒ ለውጥ = 0።

በኢሶተርማል መስፋፋት ወቅት፣ ሞተሩ 2000 J ሙቀት (Q) በ500 K የሙቀት መጠን (T) ይቀበላል። ሞተሩ ሙቀትን ስለሚስብ፣ Q አዎንታዊ ነው። በኢሶተርማል መስፋፋት ወቅት የሞተሩ ኢንትሮፒ ለውጥ የሚከተለው ነው፡

በኢሶተርማል መጭመቂያ ወቅት፣ ሞተሩ 1400 J የሙቀት መጠን (Q) በ350 K የሙቀት መጠን (T) ውድቅ ያደርጋል። ሞተሩ ሙቀትን ውድቅ ስለሚያደርግ፣ Q አሉታዊ ምልክት አለው። በኢሶተርማል መጭመቂያ ወቅት የሞተሩ ኢንትሮፒ ለውጥ የሚከተለው ነው፡

ጠቅላላ የኢንትሮፒ ለውጥ = 4 J/K - 4 J/K = 0

ምሳሌ ጥያቄ 3፡

^{የሙቀት ሞተር በ300 oC} የሙቀት መጠን 600 ጁል (Q) ይቀበላል ፣ በ100 ^oC የሙቀት መጠን የተወሰነ የሙቀት መጠን ይሰራል እና ይክዳል። በአንድ ዑደት ወቅት የተወገደው የሙቀት መጠን እና በሞተሩ ውስጥ ያለው አጠቃላይ የኢንትሮፒ ለውጥ ይወስኑ...

ውይይት

ቲኤች = 300 _ኪ.ሜ

Q _H = 600 J

ቲኤል = 100 ኪ_.

ኪው _ኤል = ?

በአንድ ዑደት ወቅት፣ የካርኖት ሞተር ሁለት የሚቀለበስ የኢሶተርማል ሂደቶችን (ኢሶተርማል መስፋፋት + ኢሶተርማል መጨናነቅ) እና ሁለት የሚቀለበስ የአዲያባቲክ ሂደቶችን (አዲያባቲክ መስፋፋት እና አዲያባቲክ መጨናነቅ) ያካሂዳል። በአዲያባቲክ መስፋፋት እና መጭመቂያ ሂደቶች ወቅት፣ ምንም ሙቀት ወደ ስርዓቱ አይገባም ወይም አይወጣም (Q = 0)። ከQ = 0 ጀምሮ፣ በአዲያባቲክ ሂደት ወቅት የኢንትሮፒ ለውጥ = 0።

በኢሶተርማል መስፋፋት ወቅት፣ ሞተሩ 600 J የሙቀት መጠን (Q) በ300 K የሙቀት መጠን (T) ይቀበላል። ሞተሩ ሙቀትን ስለሚስብ፣ Q አዎንታዊ ነው። በኢሶተርማል መስፋፋት ወቅት የሞተሩ ኢንትሮፒ ለውጥ የሚከተለው ነው፡

በኢሶተርማል መጭመቂያ ወቅት፣ ሞተሩ 200 J የሙቀት መጠን (Q) በ100 K የሙቀት መጠን (T) ውድቅ ያደርጋል። ሞተሩ ሙቀትን ውድቅ ስለሚያደርግ፣ Q አሉታዊ ምልክት አለው። በኢሶተርማል መጭመቂያ ወቅት የሞተሩ ኢንትሮፒ ለውጥ የሚከተለው ነው፡

ጠቅላላ የኢንትሮፒ ለውጥ = 2 J/K - 2 J/K = 0

ከምሳሌ ጥያቄ ቁጥር 2 እና ከምሳሌ ጥያቄ ቁጥር 3፣ አጠቃላይ ኢንትሮፒ የሚቀያየር ሂደት = 0 እንደሆነ ይታያል። በሌላ አነጋገር፣ በተገላቢጦሽ ሂደት፣ ጠቅላላ ኢንትሮፒ ሁልጊዜ ቋሚ ነው።

ምሳሌ ጥያቄ 4፡

2 ኪሎ ግራም የበረዶ ኩብ የሙቀት መጠኑ 0 ^° ሴ ነው። የበረዶ ኩብ በእቃ መያዣ ውስጥ ተቀምጦ ለፀሐይ ብርሃን ይጋለጣል። ከአየር እና ከፀሐይ በሚወጣው ተጨማሪ ሙቀት ምክንያት በረዶው ይቀልጣል። የበረዶው ኢንትሮፒ ለውጥ ይወስኑ። (የውሃ ውህደት ሙቀት = 3,34 x 105 ^J / ኪ.ግ)

ውይይት

የበረዶ ክብደት = 2 ኪ.ግ.

የበረዶ ሙቀት = 0 ^o C + 273 = 273 K

የውሃ ውህደት ሙቀት = 3,34 x 10 · 5 J/Kg

2 ኪሎ ግራም በረዶን ወደ ውሃ ለማቅለጥ የሚያስፈልገው ሙቀት፡

Q = mL

Q = (2 ኪ.ግ)(3,34 x 10 ⁵ J/Kg)

Q = 6,68 x 10 ⁵ J

Q = 668 x 10 ³ J

በማቅለጥ ሂደት (ከበረዶ ወደ ውሃ) ወቅት፣ የሙቀት መጠኑ ቋሚ ነው። የሙቀት መጠኑ ቋሚ ስለሆነ፣ የበረዶው ኢንትሮፒ ለውጥ ይሰላል።

ምሳሌ ጥያቄ 5፡

^{በ26 ዲግሪ} ሴልሺየስ አንድ ብርጭቆ ውሃ ከአንድ ብርጭቆ ውሃ ጋር በ22 ^ዲግሪ ሴልሺየስ ይቀላቀላል። በመስታወቱ ውስጥ ያለው የውሃ ክብደት 2 ኪሎ ግራም ከሆነ የውሃውን ኢንትሮፒ ለውጥ ይወስኑ። ሙቅ ውሃ እና ቀዝቃዛ ውሃ በተዘጋ እና በደንብ በተሸፈነ መያዣ ውስጥ እንደተቀላቀሉ አስቡት። የሙቀት ማስተላለፍ የማይቀለበስ ሂደት ነው።

ውይይት

የተወሰነ የውሃ ሙቀት (c) = 4180 J/Kg C ^o

የውሃ ክብደት = 2 ኪ.ግ (ተመሳሳይ የውሃ ክብደት)።

የውሃው ክብደት ተመሳሳይ ስለሆነ፣ የድብልቁ የመጨረሻ የሙቀት መጠን = 24 ^o C (26 ^o C + 22 ^o C / 2 = 48 ^o C / 2 = 24 ^o C)።

^{የሙቀት መጠኑ ከ26 oC} - 24 ^oC ሲቀንስ በሞቀ ውሃ የሚለቀቀው የሙቀት መጠን

Q = mc Δ T = (2 ኪ.ግ.) (4180 ጄ / ኪግ C ^o ) (26 ^o C - 24 ^o C) = (2 ኪግ) (4180 ጄ / ኪግ C ^o ) (2 ^o C) = 16720 ጄ

የሙቀት መጠኑ ከ22 oC - 24 oC ሲጨምር በቀዝቃዛ ውሃ የሚወሰደው የሙቀት መጠን፡

Q = mc Δ T = (2 ኪ.ግ.) (4180 ጄ / ኪግ C ^o ) (24 ^o C - 22 ^o C) = (2 ኪግ) (4180 ጄ / ኪግ C ^o ) (2 ^o C) = 16720 ጄ

አጠቃላይ የኢንትሮፒ ለውጥ = የሙቅ ውሃ ኢንትሮፒ ለውጥ + የቀዝቃዛ ውሃ ኢንትሮፒ ለውጥ

የሞቀ ውሃ አማካይ የሙቀት መጠን = (26 ^oC + 24 ^oC ) / 2 = 50 ^oC / 2 = 25 ^oC ‐‐‐ 25 + 273 = 298 K

የቀዝቃዛ ውሃ አማካይ የሙቀት መጠን = (22 ^oC + 24 ^oC ) / 2 = 46 ^oC / 2 = 23 ^oC ‐‐‐ 23 + 273 = 296 K

ሙቅ ውሃ ሙቀትን ይለቃል፣ ስለዚህ Q አሉታዊ ነው። በተቃራኒው ቀዝቃዛ ውሃ ሙቀትን ስለሚስብ Q አዎንታዊ ነው። የQ ምልክት ኮንቬንሽን (የቴርሞዳይናሚክስ የመጀመሪያ ህግ) ያስታውሱ።

Δ S ድምር = Δ S ሙቅ ውሃ + Δ S ቀዝቃዛ ውሃ

Δ S ጠቅላላ = - 56,107 ጄ/ኬ + 56,486 ጄ/ኬ

Δ S ድምር = 0,379 J/K

ጠቅላላ ኢንትሮፒ በ0,379 J/K ይጨምራል

የአንዳንድ የስርዓቱ ክፍሎች ኢንትሮፒ ቢቀንስም (‐56,107 J/K)፣ የአንዳንድ የስርዓቱ ክፍሎች ኢንትሮፒ በከፍተኛ መጠን ይጨምራል (+ 56,486 J/K) ስለዚህ አጠቃላይ ኢንትሮፒው ሁልጊዜ ይጨምራል (+ 0,379 J/K)።

በማይቀለበስ ሂደት ውስጥ ያለው አጠቃላይ ኢንትሮፒ መጨመር ከላይ በተመለከትነው ሙቅና ቀዝቃዛ የውሃ ድብልቅ መካከል ባለው የሙቀት ዝውውር ላይ ብቻ ሳይሆን፣ ሳይንቲስቶች ባጠኑት ጉዳዮች ላይም ይሠራል። ሂደቱ ሊቀለበስ የሚችል ከሆነ ጠቅላላ ኢንትሮፒ ሁልጊዜም ቋሚ ሆኖ ይቆያል። ሂደቱ የማይቀለበስ ከሆነ ጠቅላላ ኢንትሮፒ ሁልጊዜ ይጨምራል።

በመሠረቱ፣ በዕለት ተዕለት ሕይወታችን ውስጥ ያሉ ሁሉም ተፈጥሯዊ ሂደቶች የማይቀለበሱ ናቸው፣ ስለዚህ ሙሉ በሙሉ ኢንትሮፒ መጨመር የማይቀር ነው። ይህ እውነታ በሚከተለው መስመር ተጠቃሏል፡

በማይቀለበስ ሂደት ውስጥ፣ የስርዓቱ እና የአካባቢው አጠቃላይ ኢንትሮፒ ሁልጊዜ ይጨምራል።

ይህ በሰያፍ የተቀረጸ ዓረፍተ ነገር የሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ አጠቃላይ መግለጫ ነው። ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ ከሌሎች የፊዚክስ ሕጎች በተወሰነ ደረጃ የተለየ ነው። ብዙውን ጊዜ፣ አካላዊ ሕጎች እንደ እኩልታዎች (ለምሳሌ፣ የኒውተን ሕጎች) ወይም እንደ ጥበቃ ሕጎች (ለምሳሌ፣ የኃይል ጥበቃ ሕግ) ይገለጻሉ።

ኢንትሮፒ የችግር መለኪያ ነው

ኢንትሮፒ የሥርዓት መዛባት መለኪያ ተደርጎ ሊወሰድ ይችላል። ከሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ አጠቃላይ መግለጫ ጋር በተያያዘ፣ መገርሰስ በማይቀለበስ ሂደቶች ውስጥ የመጨመር አዝማሚያ አለው። በሌላ አነጋገር፣ እያንዳንዱ የማይቀለበስ ሂደት በመሠረቱ ወደ መገርጣት ሁኔታ ይመራል። እዚህ ላይ የመገርሰስ ትርጉም ግልጽ ላይሆን ይችላል፣ ስለዚህ በዕለት ተዕለት ሕይወት ውስጥ የሚከሰቱ የማይቀለበስ ሂደቶችን ምሳሌዎች በመጠቀም ይብራራል።

የኢንትሮፒ ጽንሰ-ሀሳብ መጀመሪያ ላይ የተቆራኘው ከኃይል ቅርፅ እና ከኃይል ሽግግር ለውጦች ጋር ብቻ ከሚዛመዱ የማይቀለበስ ሂደቶች ጋር ብቻ መሆኑን ልብ ማለት አስፈላጊ ነው። ማንጎ ከግንዱ ተለቅቆ መሬት ላይ እስኪወድቅ ድረስ በነፃነት ከወደቀ በኋላ ወደ ላይ አይንሸራተትም። የምንገፋው እና የምናቆምበት መጽሐፍ ወደ እኛ አይመለስም። እነዚህ ከኃይል ቅርፅ ለውጦች እና ከአንድ ነገር ወደ ሌላ የኃይል ሽግግር ጋር የተያያዙ የማይቀለበስ ሂደቶች ምሳሌዎች ናቸው። እነዚህ ሂደቶች በአንድ አቅጣጫ ብቻ ይከሰታሉ፣ ነገር ግን በተቃራኒ አቅጣጫ አይደለም። ማንጎ በራሱ ወደ ላይ አይንሸራተትም ምክንያቱም ውስጣዊ ጉልበቱ ወደ ኪነቲክ ኃይል ይለወጣል ። መጽሐፍ ወደ እኛ አይንሸራተትም ምክንያቱም በግጭት የሚፈጠረው ሙቀት ወደ ኪነቲክ ኃይል ይለወጣል።

በአጽናፈ ዓለም ውስጥ የሚከሰቱ የማይቀለበስ ሂደቶች ከኃይል ቅርጾች እና ከኃይል ሽግግር ለውጦች ጋር ብቻ የተያያዙ አይደሉም። ከተወለድን በኋላ ወደ ሕፃናት፣ ልጆች፣ ታዳጊዎች፣ አዋቂዎች እንሆናለን፣ ከዚያም አርጅተን እና መበስበስ እንጀምራለን እና በመጨረሻም እንሞታለን 😉 አንድ አዛውንት ወደ ሕፃን ሲለወጥ አይተህ ታውቃለህ? በጭራሽ… የምንጠቀምበት ሞባይል ስልክ ከጊዜ በኋላ አሰልቺ እና ጉዳት ይደርስበታል… መጀመሪያ ላይ ለስላሳ እና ኃይለኛ የነበረ አዲስ መኪና ለጥቂት ዓመታት ከተጠቀሙበት በኋላ ለስላሳ እና ደካማ ይሆናል። አሮጌ መኪና በድንገት እንደገና አዲስ ሆኖ አይተህ ታውቃለህ? ወይም የምትወደው ሞባይል ስልክ በየቀኑ ለስላሳ እና የተሻለ ይሆናል? በጭራሽ… ከተጠቀሙበት በኋላ ሞባይል ስልክ አሰልቺ እና ጉዳት ይደርስበታል። መኪኖች አንድ ናቸው… እነዚህ ከኃይል ቅርጾች እና ከኃይል ሽግግር ለውጦች ጋር ምንም ግንኙነት የሌላቸው የማይቀለበስ ሂደቶች ምሳሌዎች ናቸው… አሁን፣ በአጽናፈ ዓለም ውስጥ የሚከሰቱ ሁሉም ተፈጥሯዊ ሂደቶች የማይቀለበስ መሆናቸውን ከተገነዘቡ በኋላ፣ የኢንትሮፒ ጽንሰ-ሀሳብ ሰፊ ይሆናል። ውይይቱ የቴርሞዳይናሚክስ ሂደቶችን ብቻ ሳይሆን በአጽናፈ ዓለም ውስጥ ያሉ ሌሎች የማይቀለበስ ሂደቶችን ያካትታል።

አሁን በዕለት ተዕለት ሕይወት ውስጥ የሚከሰቱ የማይቀለበስ ሂደቶችን እንመልከት። በመጀመሪያ፣ ቀላል የማይቀለበስ ሂደትን እንመልከት። ይህ መግቢያ ብቻ ነው፣ ስለዚህ የኢንትሮፒን ጽንሰ-ሀሳብ እና ከሚቀለበስ ሂደቶች ጋር ያለውን ግንኙነት ትረዳለህ።

ለምሳሌ፣ በርካታ ቀይ እና ሰማያዊ እብነ በረድ እንዳለህ እናስብ። እብነ በረድ በእቃ መያዣ ውስጥ ተቀምጠዋል። ሰማያዊ እብነ በረድ ከታች በጥሩ ሁኔታ የተደረደሩ ሲሆን ቀይ እብነ በረድ ከላይ (በግራ ምስል) ደግሞ በጥሩ ሁኔታ የተደረደሩ ናቸው። የእብነ በረድዎ ውስጥ ያለው አቀማመጥ በጣም ሥርዓታማ ይመስላል… የታችኛው ክፍል ሙሉ በሙሉ ሰማያዊ ነው፣ የላይኛው ክፍል ደግሞ ሙሉ በሙሉ ቀይ ነው።

ቀጥሎ፣ መያዣውን ወደ ላይ እና ወደ ታች ያናውጡት ወይም ያናውጡት። መያዣው ወደ ላይ እና ወደ ታች ስለሚንቀሳቀስ፣ መጀመሪያ ላይ በጣም የተለመደ የነበረው የእብነ በረድ አቀማመጥ እንደገና ወደ መደበኛ ያልሆነ ይለወጣል (በስተቀኝ ያለው ምስል)። ቀይ ​​እና ሰማያዊ እብነ በረድ አንድ ላይ ይቀላቀላሉ 😉 ባናወጠው ቁጥር የእብነ በረድ አቀማመጥ የበለጠ መደበኛ ያልሆነ ይሆናል… ከተናወጠ በኋላ የእብነ በረድ አቀማመጥ እንደበፊቱ መደበኛ ሊሆን ይችላል? የማይቻል ነው… ካላመኑት እባክዎን ያረጋግጡ። እብነ በረድ እንደበፊቱ መደበኛ መሆን የማይቻል ነው… ይህ የማይቀለበስ ሂደት ምሳሌ ነው። የማይቀለበስ ሂደት ካጋጠመው በኋላ፣ መጀመሪያ ላይ በጣም መደበኛ ለውጦች የነበሩት የእብነ በረድ አቀማመጥ መደበኛ ያልሆነ ይሆናል። መደበኛነት ወደ መደበኛ ያልሆነነት ተለውጧል…

በሌሎች የማይቀለበስ ሂደቶች ውስጥም ተመሳሳይ ነገር ይከሰታል። ትኩስ ነገርን እና ቀዝቃዛ ነገርን ስንነካ፣ ሙቀት ከሞቃት ነገር ወደ ቀዝቃዛ ነገር በራስ-ሰር ይፈሳል… ሁለቱ የተገናኙ ነገሮች ተመሳሳይ የሙቀት መጠን ከደረሱ በኋላ ሙቀት መፍሰሱን ያቆማል። ይህ ሂደት የማይቀለበስ ነው… ደህና፣ መጀመሪያ ላይ ሁለት የሞለኪውሎች አደረጃጀት አለን፣ እነሱም ትልቅ አማካይ የኪነቲክ ኃይል ያላቸው ሞለኪውሎች (ትኩስ ነገርን የሚፈጥሩ ሞለኪውሎች) እና አነስተኛ አማካይ የኪነቲክ ኃይል ያላቸው ሞለኪውሎች (ቀዝቃዛ ነገርን የሚፈጥሩ ሞለኪውሎች)። ትኩስ ነገር እና ቀዝቃዛ ነገር ተመሳሳይ የሙቀት መጠን ከደረሱ በኋላ (ሞለኪውሎቹ ተመሳሳይ አማካይ የኪነቲክ ኃይል አላቸው)፣ የሞለኪውሎችን ሁለት አደረጃጀት መለየት አንችልም። መጀመሪያ ላይ መደበኛ የነበረው የሞለኪውሎች አደረጃጀት ወደ መደበኛነት ይለወጣል። ከላይ ካለው የእብነበረድ አደረጃጀት ጋር ተመሳሳይ ነው… ሁለቱ ነገሮች ተመሳሳይ የሙቀት መጠን ከደረሱ በኋላ፣ የሞለኪውሎች መደበኛ አደረጃጀት ወደ መደበኛነት ይለወጣል (ያልተስተካከለ የሙቀት ዝውውር ምክንያት መደበኛነት ይጨምራል)።

በተጨማሪም፣ ከሞቃት ነገር ወደ ቀዝቃዛ ነገር የሚፈሰው የሙቀት ፍሰት በሙቀት ሞተር ውስጥ ከከፍተኛ ሙቀት ክልል ወደ ዝቅተኛ የሙቀት ክልል የሚፈሰው የሙቀት ፍሰት ተደርጎ ሊወሰድ ይችላል። ከከፍተኛ ሙቀት ክልል ወደ ዝቅተኛ የሙቀት ክልል የሚፈሰው የሙቀት ፍሰት የሙቀት ሞተር ስራ እንዲያከናውን ያስችለዋል። የሙቀት ሞተር ያለ ሙቀት ፍሰት ስራ መስራት አይችልም። ስለዚህ፣ በችግሩ መጠን እና ስራን የማከናወን ችሎታ መካከል ግንኙነት መፍጠር እንችላለን። ተመሳሳይ የሙቀት መጠን ላይ ከደረስን በኋላ፣ ከሞቃት ነገር ወደ ቀዝቃዛ ነገር የሚፈሰው የሙቀት ፍሰት አይኖርም (ችግሩ ይጨምራል)። የሙቀት ፍሰት አለመኖር የሙቀት ሞተር ስራ እንዳይሰራ ስለሚያግደው፣ ስራ ማከናወን የማይችል ስርዓት ከፍተኛ መዛባት አለው ማለት እንችላለን፣ ስራን ማከናወን የሚችል ስርዓት ደግሞ ዝቅተኛ መዛባት አለው…

ከእነዚህ ውጤቶች፣ በኢነርጂ ዓይነቶች እና በሥርዓት መዛባት መለኪያ መካከል ስላለው ግንኙነት መደምደሚያ ላይ መድረስ እንችላለን። በመሠረቱ፣ ሥራ ለመሥራት ጥቅም ላይ ሊውል የሚችለው የኃይል ዓይነት እምቅ ኃይል ነው። የውሃ የስበት ኃይል እምቅ ኃይል ተርባይንን ለማንቀሳቀስ ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል። በዘይት ውስጥ ያለው የኬሚካል እምቅ ኃይል ተሽከርካሪን ለማንቀሳቀስ ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል። በሰውነታችን ውስጥ ያለው የኬሚካል እምቅ ኃይል ሥራ ለመሥራት፣ ለመጓዝ፣ ለማጥናት ሊያገለግል ይችላል… የማንጎ የስበት ኃይል እምቅ ኃይል በቤት ጣሪያ ላይ ያለውን ፍሳሽ ለመጠገን ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል 😉 ጠቃሚ የኃይል ዓይነቶች ሥራ ለመሥራት ጥቅም ላይ ሊውሉ ስለሚችሉ፣ ጠቃሚ የኃይል ዓይነቶች የበለጠ ሥርዓታማ ናቸው ማለት እንችላለን፣ ጥቅም የሌላቸው የኃይል ዓይነቶች ግን የበለጠ ሥርዓት የሌላቸው ናቸው። የማይረቡ የኃይል ዓይነቶች ውስጣዊ ኃይል እና ሙቀት ናቸው… መሬት ላይ ከተመቱ በኋላ ማንጎው ወደ ላይ አይንሸራተትም ምክንያቱም ውስጣዊው ኃይል ወደ ኪነቲክ ኃይል ስለሚቀየር…

መጽሐፉን ከገፋን በኋላ መጽሐፉ ይንቀሳቀሳል። የግጭት መኖር መጽሐፉ መንቀሳቀሱን ያቆማል… በዚህ ሁኔታ የመጽሐፉ ኪነቲክ ኃይል ወደ ሙቀት ተለውጧል (ሙቀት የሚፈጠረው በግጭት ምክንያት ነው)። እንደ እውነቱ ከሆነ፣ አሁንም ያለው መጽሐፍ ወደ እኛ አይንሸራተትም ምክንያቱም ሙቀቱ ወደ ኪነቲክ ኃይል ስለተለወጠ… እነዚህ ሁለት ምሳሌዎች ሙቀት ሁለት ከንቱ የኃይል ዓይነቶች መሆናቸውን ያሳያሉ። ጥቅም የሌላቸው የኃይል ዓይነቶች ሥራ ለመሥራት ጥቅም ላይ ሊውሉ አይችሉም። ስለዚህ፣ ሙቀትና ውስጣዊ ኃይል ከፍተኛ መደበኛ ያልሆነነት አላቸው ማለት እንችላለን…

በመሠረቱ፣ የኢነርጂ ቅርፅን ከጠቃሚ የኢነርጂ አይነት ወደ ፋይዳ የሌለው የኢነርጂ አይነት የመቀየር ሂደት ሁልጊዜ መዛባቶችን ይጨምራል… በቋንቋ፣ ኢንትሮፒ የኢነርጂ ቅርፅን በመቀየር ሂደት ውስጥ ሁልጊዜ ይጨምራል… ኢንትሮፒ ሁልጊዜ ከጊዜ በኋላ ስለሚጨምር፣ ሁሉም ጠቃሚ የኢነርጂ ዓይነቶች ወደ ፋይዳ የሌላቸው ቅርጾች ይለወጣሉ። የኢነርጂ ቅርፅን በመቀየር ሂደት ውስጥ ጉልበት ሁልጊዜ ይጠበቃል፣ ነገር ግን ሥርዓታማ እና ስራ ለመስራት ጥቅም ላይ ሊውል የሚችል የኢነርጂ አይነት ወደ መደበኛ ያልሆነ ቅርፅ ይለወጣል እና ስራ ለመስራት ጥቅም ላይ ሊውል አይችልም…

ኢንትሮፒ እና ስታቲስቲክስ

ቀደም ሲል፣ ኢንትሮፒ የመዛባት መለኪያ መሆኑን ተወያይተን ነበር። እያንዳንዱ የማይቀለበስ ሂደት በመሠረቱ ወደ ከፍተኛ መዛባት ሁኔታ ይመራል። ይህ ሀሳብ ረቂቅ እና ግልጽ ያልሆነ ሊመስል ይችላል። የኢንትሮፒን ጽንሰ-ሀሳብ በተሻለ ለመረዳት፣ የስታቲስቲክስ አቀራረብን መጠቀም እንችላለን። የኢንትሮፒን ጽንሰ-ሀሳብ በስታቲስቲክስ አቀራረብ መረዳት ለመጀመሪያ ጊዜ ጥቅም ላይ የዋለው በሉድቪግ ቦልትዝማን (1844–1906) ነው።

በዚህ ጽሑፍ መጀመሪያ ላይ፣ ኢንትሮፒ የአንድን ስርዓት ጥቃቅን ሁኔታ የሚገልጽ ብዛት እንደሆነ ተብራርቷል። ማክሮስኮፒክ ሁኔታዎችን የሚገልጹ መጠኖች በቀጥታ ሊታወቁ ይችላሉ፣ ነገር ግን ጥቃቅን ሁኔታዎችን የሚገልጹ መጠኖች አይችሉም። በማይክሮስኮፒክ ሁኔታውን ለመረዳት፣ በማክሮስኮፒክ እና በማይክሮስኮፒክ ሁኔታዎች መካከል ያለውን ግንኙነት መመርመር እንችላለን።

መቶ ሩፒያ ሳንቲም አለህ? አንድ መቶ ሩፒያ ሳንቲም ሁለት ጎኖች አሉት፡ አንደኛው ጎን የጋሩዳ ወፍ ሲሆን ሌላኛው ጎን ደግሞ 100 ሩፒያ የሚለውን ቃል ያሳያል። ለምሳሌ፣ አራት መቶ ሩፒያ ሳንቲሞች ካሉህ… ሁሉንም አራት መቶ ሩፒያ ሳንቲሞች መሬት ላይ ብትወረውር በአንድ ውርወራ አምስት የተለያዩ ውጤቶች ይኖራሉ፡

በመጀመሪያ፣ የጋሩዳ ወፍ ምስሎች በሙሉ ይታያሉ (4 ምስሎች)፤

ሁለተኛ፣ የጋሩዳ ወፍ 3 ሥዕሎች ይታያሉ፣ 1 መቶ ሩፒያ የተጻፈበት (3 ሥዕሎች፣ 1 ጽሑፍ)፤

ሦስተኛ፣ የጋሩዳ ወፍ 2 ምስሎች ይታያሉ፣ 2 ቃላት አንድ መቶ ሩፒያ (2 ምስሎች፣ 2 ቃላት)፤

አራተኛ፣ የጋርዳ ወፍ 1 ምስል ይታያል፣ 3 ቃላት አንድ መቶ ሩፒያ ይታያሉ (1 ምስል፣ 3 ቃላት)፤

አምስተኛ፣ አንድ መቶ ሩፒያ የሚሉት ቃላት ይታያሉ (4 ቃላት)…

እነዚህን አምስት ሊሆኑ የሚችሉ ምስሎች ወይም ጽሑፎች ማክሮስኮፒክ ሁኔታዎችን (ማክሮ = ትልቅ) ብለን እንጠራቸዋለን። በተቃራኒው፣ አራቱን ሳንቲሞች እንደ ምስሎች ወይም ጽሑፎች የምንወክል ከሆነ፣ ጥቃቅን ሁኔታዎችን (ማይክሮ = ትንሽ) እየገለጽን ነው።

በአንድ ውርወራ፣ 16 ሊሆኑ የሚችሉ ጥቃቅን ሁኔታዎች አሉ (እያንዳንዱ ሳንቲም ሁለት እድሎች አሉት። አራት ሳንቲሞች 16 እድሎች አሏቸው = 2 x 2 x 2 = 2 4 = 16)። ትልቁ ዕድል 2 ስዕሎች እና 2 ጽሑፎች ይታያሉ (ከጠቅላላው 16 ጥቃቅን ሁኔታዎች ውስጥ 6 ሊሆኑ የሚችሉ ጥቃቅን ሁኔታዎች አሉ - 6/16 x 100% = 37,5%)። በሌላ በኩል፣ ትንሹ ዕድል 4 ስዕሎች ወይም 4 ጽሑፎች ይታያሉ (እያንዳንዱ 1 ሊሆን የሚችል ጥቃቅን ሁኔታ አለው - 1/16 x 100% = 6,25%)። እዚህ የምንወያየው ዕድል ወይም ዕድል ብቻ ነው... ሳንቲሞችን 16 ጊዜ ብንጥል፣ 2 ስዕሎች እና 2 ጽሑፎች 6 ጊዜ እንደሚታዩ እርግጠኛ አይደለም። ነገር ግን ሳንቲሞችን በሺዎች የሚቆጠሩ ጊዜ ብንጥል፣ 2 ስዕሎች እና 2 ጽሑፎች የመታየት እድሉ 37,5% ሊደርስ ይችላል።

ማረጋገጥ ይሻላል... አራት መቶ ሩፒያ ሳንቲሞችን 100 ጊዜ (ከቻሉ 1000 ጊዜ 😉) ይጣሉ። የተገኘውን መረጃ በአንድ ጊዜ ይመዝግቡ... ሳንቲሞቹን 100 ጊዜ ከወረወሩ በኋላ 2 ምስሎች እና 2 ጽሑፎች በብዛት እንደሚታዩ ያገኛሉ። የወረወሩት ብዛት በጨመረ ቁጥር 2 ምስሎች እና 2 ጽሑፎች የማግኘት እድሉ ከጠቅላላው የወረወሩት ብዛት 37,5% ይሆናል።

ቀደም ሲል 4 ሳንቲሞችን ብቻ ነበር የምንመለከተው። የሳንቲሞችን ቁጥር ከጨመርን የአጉሊ መነጽር ሁኔታዎች ቁጥር ይጨምራል። ለምሳሌ፣ 100 ሳንቲሞች አሉን… በአንድ ጊዜ ስንወረውር፣ 2 100 = 1,27 x 10 30 ሊሆኑ የሚችሉ አጉሊ መነጽር ሁኔታዎች አሉ… ትልቁ ዕድል 50 ስዕሎች እና 50 ጽሑፎች ይታያሉ (ከጠቅላላው 1,27 x 10 30 አጉሊ መነጽር ሁኔታዎች ውስጥ 1,01 x 10 29 ሊሆኑ የሚችሉ አጉሊ መነጽር ሁኔታዎች አሉ)። በተቃራኒው፣ ትንሹ ዕድል 100 ስዕሎች ወይም 100 ጽሑፎች ይታያሉ (እያንዳንዱ ከጠቅላላው 1,27 x 10 30 አጉሊ መነጽር ሁኔታዎች ውስጥ 1 ሊሆን የሚችል አጉሊ መነጽር ሁኔታ ብቻ አለው)። በጣም ትንሽ እና ፈጽሞ የማይቻል ነው… 1000 ሳንቲሞች ካሉን፣ 1000 ስዕሎች ወይም 1000 ጽሑፎች የመታየት እድሉ በእርግጥ የበለጠ ያነሰ እና ከጊዜ ወደ ጊዜ የማይቻል ነው።

ይህንን ከኢንትሮፒ ጽንሰ-ሀሳብ ጋር ለማዛመድ፣ ሁሉም ምስሎች ወይም ሁሉም ጽሑፎች በተደራጀ ሁኔታ ውስጥ ናቸው ብለን መገመት እንችላለን፣ ግማሹ ምስሎች እና ግማሹ ጽሑፍ ደግሞ ባልተስተካከለ ሁኔታ ውስጥ ናቸው። የሳንቲሞች ብዛት በጨመረ ቁጥር ሥርዓታማ ዝግጅት የማግኘት እድሉ ወይም እድሉ ይቀንሳል (ሁሉም ምስሎች ወይም ሁሉም ጽሑፎች)፣ እና ፈጽሞ የማይቻል ይሆናል። በተቃራኒው፣ መደበኛ ያልሆነ ዝግጅት (ግማሽ ምስሎች እና ግማሹ ጽሑፍ) በጣም ትልቅ ዕድል ወይም ዕድል አለው። ከዚህ ውጤት፣ መደበኛ ያልሆነ ሁኔታ ከዕድል ጋር በቅርበት የተቆራኘ ይመስላል። በጣም ሊሆን የሚችል ሁኔታ መደበኛ ያልሆነ ሁኔታ ሲሆን በጣም የማይታሰብ ሁኔታ ደግሞ ሥርዓታማ ሁኔታ ነው።

ቀደም ብለን የተወያየንበት የሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ አጠቃላይ መግለጫ፣ ኢንትሮፒ ወይም ዲስኦርደር ሁልጊዜ በእያንዳንዱ የማይቀለበስ ሂደት ውስጥ እንደሚጨምር ይገልጻል። ይህ የሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ መግለጫ እንደ ዕድል መግለጫ ተደርጎ ሊወሰድ ይችላል። ይህ ማለት በአጽናፈ ዓለም ውስጥ የሚከሰት እያንዳንዱ ሂደት ከፍተኛ ዕድል ወይም ዕድል ያለው ነው ማለት ነው። ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ በእያንዳንዱ የማይቀለበስ ሂደት ውስጥ የኢንትሮፒ መቀነስን አይከለክልም፣ ነገር ግን እድሉ በጣም ትንሽ ነው፣ እንዲያውም የማይቻል ነው። በተቃራኒው፣ የኢንትሮፒ መጨመር በጣም ትልቅ ዕድል አለው። ቀደም ብለን ያየናቸው የሳንቲሞች ብዛት 100 ብቻ ነበር… በእውነቱ፣ በአንድ ሞል ውስጥ 6,02 x 1023 ^{ሞለኪውሎች} አሉ … ይህ በጣም ትልቅ ቁጥር ነው። የዚህ ቁጥር ሊሆኑ የሚችሉ ጥቃቅን ሁኔታዎች በእርግጥ በጣም ትልቅ ናቸው፣ ስለዚህ የሥርዓት እድሉ በጣም ትንሽ ነው፣ ከሞላ ጎደል የማይቻል ነው…

ብርጭቆ ወለሉ ላይ ብንጥል፣ ወለሉ ላይ የተበተኑት የመስታወት ቁርጥራጮች እንደገና ሊሰበሰቡ እና እንደበፊቱ ሙሉ ብርጭቆ ሊፈጥሩ ይችላሉ። ነገር ግን ይህ የመከሰት እድሉ በጣም ትንሽ ስለሆነ የማይቻል ነው… ብርጭቆው አሁንም ሳይበላሽ ሲቀር፣ የሞለኪውሎቹ አቀማመጥ የበለጠ ሥርዓታማ ይሆናል። ብርጭቆው እስኪሰበር ድረስ እስኪወድቅ ድረስ የመስታወቱ ቁርጥራጮች መሬት ላይ እስኪበተኑ ድረስ ሲወድቅ፣ የሞለኪውሎቹ አቀማመጥ ይስተጓጎላል። ወደ ሥርዓታማ ቦታ የመመለስ እድሉ በጣም ትንሽ ስለሆነ የመስታወቱ ሞለኪውሎች እንደገና እንዲሰበሰቡ መጠበቅ የማይቻል ነው። ትኩስ ነገር እና ቀዝቃዛ ነገር ብንነካ፣ ሙቀት ከሞቃት ነገር ወደ ቀዝቃዛ ነገር በራሱ ይፈሳል… ትኩስ ነገሮች በዘፈቀደ እና በፍጥነት የሚንቀሳቀሱ ሞለኪውሎች አሏቸው፣ በሌላ በኩል ደግሞ ቀዝቃዛ ነገሮችን የሚፈጥሩት ሞለኪውሎች እንቅስቃሴ ብዙም ፈጣን አይደለም። እነዚህ በፍጥነት የሚንቀሳቀሱ ሞለኪውሎች እርስ በእርስ የመጋጨት ወይም ወደ ቀዝቃዛ ነገር የመሻገር እድሉ ቀስ ብለው ከሚንቀሳቀሱ ሞለኪውሎች እድል በጣም የላቀ ነው… ፈጣን የሆነ ሁሉ ያገግመዋል 😉 ሙቀት ከቀዝቃዛ ነገር ወደ ሙቅ ነገር ሊንቀሳቀስ ይችላል፣ ነገር ግን ይህ የመከሰት እድሉ በጣም ያነሰ ነው።

ከላይ በምስሉ ላይ የሚታዩት ሰማያዊ እና ቀይ እብነ በረድ ወደ መጀመሪያው መደበኛ አቀማመጣቸው ሊመለሱ ይችላሉ። ነገር ግን ወደ ሥርዓታማ አቀማመጡ የመመለስ እድሉ በጣም ትንሽ ነው። ሥርዓት በሌለው አቀማመጡ በጣም ትልቅ እድል አለው። በተመሳሳይ፣ በተዘጋ መያዣ ውስጥ በጋዝ የሚፈጠረው ነፃ መስፋፋት። መያዣው ሁለት ክፍሎች ያሉት ሲሆን ሁለቱ ክፍሎች በመከላከያ የተለዩ ናቸው። መጀመሪያ ላይ ጋዙ በግራ ክፍል ውስጥ ነው። አቀማመጡ ሲወገድ የጋዝ ሞለኪውሎች ወደ ቀኝ ክፍል ይጎርፋሉ። የቀኝ ክፍል ባዶ ሲሆን የግራ ክፍል ደግሞ በዘፈቀደ የሚንቀሳቀሱ ሞለኪውሎችን ይዟል። አቀማመጡ ሲወገድ፣ ሞለኪውሎቹ ወደ ባዶው ክፍል የመግባት ትልቅ እድል አላቸው። ሞለኪውሎቹ ሁለት ክፍሎች ያሉት መያዣውን ሙሉ መጠን ከሞሉ በኋላ ሁሉም ሞለኪውሎች የግራ ክፍሉን እንደገና መሙላት ይቻል ይሆን? ይቻላል፣ ግን እድሉ በጣም ትንሽ ነው። በአንድ ሞለኪውል ውስጥ ብቻ፣ 6,02 x 1023 ^{ሞለኪውሎች} አሉ ... ሁሉም ሞለኪውሎች በግራ ክፍል ውስጥ የመኖራቸው እድል ከአንድ ሚሊዮን አማራጮች ውስጥ 1 ነው። ከአንድ ሚሊዮን ውስጥ አንዱ በጣም ትንሽ እድል ነው እና ፈጽሞ የማይቻል ነው...

ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ እንደሚነግረን በአጽናፈ ዓለም ውስጥ የሚከሰት እያንዳንዱ ሂደት በጣም ሊሆን የሚችል ሂደት ነው። በተፈጥሮ ውስጥ ያለ ሂደት (ወደ ከፍተኛ ኢንትሮፒ) የሚሄድበት አቅጣጫ የሚወሰነው በአጋጣሚ ወይም በዕድል ነው… ችግር የመከሰት እድሉ በጣም ከፍተኛ ነው ስለዚህም የመከሰት እድሉ ከፍተኛ ነው…

ኢንትሮፒ = የጊዜ ቀስት

ኢንትሮፒ የጊዜ ቀስት ተብሎም ይጠራል ምክንያቱም ጊዜ የሚያልፍበትን አቅጣጫ ይነግረናል። የእያንዳንዱ ተፈጥሯዊ ሂደት አቅጣጫ ወደ መዛባት ነው። ተቃራኒውን ማለትም መታወክ ራሱ ወደ ሥርዓት ሲለወጥ ካየን፣ ክስተቱ ተገልብጧል ማለት እንችላለን። የተበታተኑ የመስታወት ቁርጥራጮች መሬት ላይ እንደገና ተሰብስበው እንደገና ሙሉ ብርጭቆ ሲፈጥሩ ካየን፣ ክስተቱ ተገልብጧል ማለት እንችላለን። ይህ በዕለት ተዕለት ሕይወታችን ውስጥ ፈጽሞ አይከሰትም፣ እና ቢከሰትም ሁለተኛውን የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ ይጥሳል። በዚህ ሁኔታ፣ ጊዜ ወደ ኋላ አይንቀሳቀስም እና መታወክ በራስ-ሰር ወደ ሥርዓት አይለወጥም። በሕይወታችን ውስጥ በጣም ሊከሰት የሚችለው እና የማያቋርጥ ክስተት ሥርዓት ሁልጊዜ ወደ መዛባት የሚሄድ መሆኑ ነው፤ ጊዜ ሁልጊዜ ወደ ኋላ ሳይሆን ወደፊት ይሄዳል። አንድ አዛውንት ወደ ሕፃን ከተለወጠ፣ ይህንን ያልተለመደ እና የሁለተኛውን የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ መጣስ አድርገን እንቆጥረዋለን።