اينٽراپي مادو
پوئين بحث ۾، اسان ٿرموڊائنامڪس جي ٻئي قانون جي ڪيترن ئي مخصوص بيانن جو مطالعو ڪيو. اهو نوٽ ڪرڻ ضروري آهي ته اهي مخصوص بيان صرف ڪجهه ناقابل واپسي عملن جي وضاحت ڪري سگهن ٿا. ڪلاوسيس بيان صرف گرمي جي منتقلي ۽ ريفريجريٽر جي ڪم ڪندڙ اصول سان ان جي تعلق جي وضاحت ڪري ٿو. ڪيلون ۽ پلانڪ بيان گرمي انجڻ جي ڪم ڪندڙ اصول سان لاڳاپيل آهن . بنيادي طور تي، اهي ٻئي بيان گرمي جي منتقلي سان لاڳاپيل آهن. ٻيا ڪيترائي ناقابل واپسي عمل آهن جيڪي انهن ٻن بيانن کي استعمال ڪندي بيان نه ٿا ڪري سگهجن.
ٿرموڊائنامڪس جي ٻئي قانون جو مخصوص بيان سڀني ناقابلِ واپسي عملن جي وضاحت نٿو ڪري سگهي، تنهن ڪري اسان کي هڪ وڌيڪ عام بيان جي ضرورت آهي. هي عام بيان ڪائنات ۾ ٿيندڙ سڀني ناقابلِ واپسي عملن جي وضاحت ڪرڻ جي اميد رکي ٿو. ٿرموڊائنامڪس جي ٻئي قانون جو عام بيان صرف اڻويهين صديءَ جي وچ ۾، اينٽراپي (S) نالي هڪ مقدار ذريعي تيار ڪيو ويو هو. اينٽراپي کي خرابي جي ماپ طور سمجهي سگهجي ٿو. اينٽراپي جي مقدار کي پهريون ڀيرو ڪلاوسيس پاران متعارف ڪرايو ويو ۽ ڪارنوٽ چڪر (هڪ مڪمل گرمي انجڻ) مان حاصل ڪيو ويو. ڪلاوسيس جي مطابق، هڪ نظام پاران تجربو ڪيل اينٽراپي ۾ تبديلي جي شدت، جڏهن نظام هڪ مسلسل درجه حرارت تي اضافي گرمي (Q) حاصل ڪري ٿو، مساوات ذريعي ظاهر ڪيو ويندو آهي:
اينٽراپي هڪ مقدار آهي جيڪا ڪنهن نظام جي خوردبيني حالت کي بيان ڪري ٿي ۽ تنهن ڪري ان کي سڌو سنئون ماپي نٿو سگهجي. اسان صرف اينٽراپي ۾ تبديلي جو جائزو وٺون ٿا. اهو ٿرموڊائنامڪس جي پهرين قانون ۾ توانائي ۾ تبديلي جي برابر آهي.
مثال سوال 1:
هڪ ڪنٽينر ۾ گئس جو مقدار ايڊيبيٽڪ ايڪسپينشن مان گذري ٿو. گئس جي اينٽراپي ۾ ڪهڙي تبديلي ايندي آهي؟
بحث مباحثو
هڪ اڊيبيٽڪ عمل دوران، ڪابه گرمي نظام (گيس) ۾ داخل يا ٻاهر نه ٿي نڪري. جيئن ته Q = 0، Δ S = 0. سسٽم جي اينٽراپي مستقل رهي ٿي. اڊيبيٽڪ ڪمپريشن بابت ڇا؟ اهو بنيادي طور تي ساڳيو آهي. اڊيبيٽڪ ڪمپريشن دوران، ڪا به گرمي نظام ۾ داخل يا ٻاهر نه ٿي نڪري (Q = 0). تنهن ڪري، سسٽم جي اينٽراپي مستقل آهي.
مثال سوال 2:
هڪ ڪارنوٽ انجن 500 K تي 2000 J گرمي حاصل ڪري ٿو، ڪم ڪري ٿو ۽ 350 K تي هڪ خاص مقدار ۾ گرمي کي رد ڪري ٿو. هڪ چڪر دوران رد ٿيل گرمي جي مقدار ۽ انجن ۾ ڪل اينٽراپي تبديلي جو اندازو لڳايو.
بحث مباحثو
جيڪڏهن سسٽم گرمي حاصل ڪري ٿو، ته Q مثبت آهي، جيڪڏهن سسٽم گرمي جاري ڪري ٿو، ته Q منفي آهي. هن ڪيس لاءِ سسٽم هڪ ڪارنوٽ انجن آهي.
هڪ چڪر دوران، هڪ ڪارنوٽ انجن ٻن ريورسيبل آئسوٿرمل عملن (آئسوٿرمل ايڪسپينشن + آئسوٿرمل ڪمپريشن) ۽ ٻن ريورسيبل ايڊيبيٽڪ عملن (اڊيبيٽڪ ايڪسپينشن ۽ اڊيبيٽڪ ڪمپريشن) مان گذري ٿو. ايڊيبيٽڪ ايڪسپينشن ۽ ڪمپريشن جي عملن دوران، ڪا به گرمي سسٽم ۾ داخل نه ٿيندي آهي ۽ نه ئي نڪرندي آهي (Q = 0). جيئن ته Q = 0، ايڊيبيٽڪ عمل دوران اينٽراپي ۾ تبديلي = 0.
آئسوٿرمل توسيع دوران، انجن 500 K جي گرمي پد (T) تي 2000 J گرمي (Q) جذب ڪري ٿو. ڇاڪاڻ ته انجن گرمي جذب ڪري ٿو، Q مثبت آهي. آئسوٿرمل توسيع دوران انجن جي اينٽراپي ۾ تبديلي آهي:
آئسوٿرمل ڪمپريشن دوران، انجن 350 K جي گرمي پد (T) تي 1400 J گرمي (Q) کي رد ڪري ٿو. ڇاڪاڻ ته انجن گرمي کي رد ڪري ٿو، Q ۾ هڪ منفي نشاني آهي. آئسوٿرمل ڪمپريشن دوران انجن جي اينٽراپي ۾ تبديلي آهي:
ڪُل اينٽراپي تبديلي = 4 J/K − 4 J/K = 0
مثال سوال 3:
هڪ گرمي انجڻ 300 o C جي گرمي پد تي 600 جول گرمي (Q) حاصل ڪري ٿي ، ڪم ڪري ٿي ۽ 100 o C جي گرمي پد تي هڪ خاص مقدار ۾ گرمي کي رد ڪري ٿي. هڪ چڪر دوران رد ٿيل گرمي جي مقدار ۽ انجن ۾ ڪل اينٽراپي تبديلي جو اندازو لڳايو...
بحث مباحثو
ٽي ايڇ = 300 ڪلو
ق ايڇ = 600 جي
ٽي ل = 100 ڪلو
ق ايل = ?
هڪ چڪر دوران، هڪ ڪارنوٽ انجن ٻن ريورسيبل آئسوٿرمل عملن (آئسوٿرمل ايڪسپينشن + آئسوٿرمل ڪمپريشن) ۽ ٻن ريورسيبل ايڊيبيٽڪ عملن (اڊيبيٽڪ ايڪسپينشن ۽ اڊيبيٽڪ ڪمپريشن) مان گذري ٿو. ايڊيبيٽڪ ايڪسپينشن ۽ ڪمپريشن جي عملن دوران، ڪا به گرمي سسٽم ۾ داخل نه ٿيندي آهي ۽ نه ئي نڪرندي آهي (Q = 0). جيئن ته Q = 0، ايڊيبيٽڪ عمل دوران اينٽراپي ۾ تبديلي = 0.
آئسوٿرمل توسيع دوران، انجن 300 K جي گرمي پد (T) تي 600 J گرمي (Q) جذب ڪري ٿو. ڇاڪاڻ ته انجن گرمي جذب ڪري ٿو، Q مثبت آهي. آئسوٿرمل توسيع دوران انجن جي اينٽراپي ۾ تبديلي آهي:
آئسوٿرمل ڪمپريشن دوران، انجن 100 K جي گرمي پد (T) تي 200 J گرمي (Q) کي رد ڪري ٿو. ڇاڪاڻ ته انجن گرمي کي رد ڪري ٿو، Q ۾ هڪ منفي نشاني آهي. آئسوٿرمل ڪمپريشن دوران انجن جي اينٽراپي ۾ تبديلي آهي:
ڪُل اينٽراپي تبديلي = 2 J/K − 2 J/K = 0
مثال سوال نمبر 2 ۽ مثال سوال نمبر 3 مان، اهو ظاهر ٿئي ٿو ته هڪ واپسي واري عمل لاءِ ڪل اينٽراپي تبديلي = 0. ٻين لفظن ۾، هڪ واپسي واري عمل ۾، ڪل اينٽراپي هميشه مستقل هوندي آهي.
مثال سوال 4:
2 ڪلوگرام جي برفاني ڪيوب جو گرمي پد 0 ° C هوندو آهي. برفاني ڪيوب کي هڪ ڪنٽينر ۾ رکيو ويندو آهي ۽ سج جي روشني جي سامهون رکيو ويندو آهي. هوا ۽ سج جي اضافي گرمي جي ڪري، برف ڳري ويندي آهي. برف جي اينٽراپي ۾ تبديلي جو اندازو لڳايو. (پاڻيءَ جي فيوزن جي گرمي = 3,34 x 105 J / ڪلوگرام)
بحث مباحثو
برف جو وزن = 2 ڪلوگرام
برف جو گرمي پد = 0 ° C + 273 = 273 °C
پاڻيءَ جي ميلاپ جي گرمي = 3,34 x 10 5 J/ڪلوگرام
2 ڪلوگرام برف کي پاڻي ۾ ڳارڻ لاءِ گهربل گرمي:
ق = ايم ايل
ق = (2 ڪلوگرام) (3,34 x 10 5 ج/ڪلوگرام)
ق = 6,68 x 10 5 ج
ق = 668 x 10 3 ج
پگھلڻ جي عمل دوران (برف کان پاڻي تائين)، گرمي پد مستقل هوندو آهي. ڇاڪاڻ ته گرمي پد مستقل هوندو آهي، برف جي اينٽراپي ۾ تبديلي جو حساب لڳايو ويندو آهي.
مثال سوال 5:
26 ڊگري سينٽي گريڊ تي هڪ گلاس پاڻي کي 22 ڊگري سينٽي گريڊ تي هڪ گلاس پاڻي سان ملايو ويندو آهي. جيڪڏهن گلاس ۾ پاڻي جو مقدار = 2 ڪلوگرام آهي، ته پوءِ پاڻي جي اينٽراپي ۾ تبديلي جو اندازو لڳايو. فرض ڪريو ته گرم پاڻي ۽ ٿڌو پاڻي هڪ بند، چڱي طرح موصل ٿيل ڪنٽينر ۾ ملايو ويو آهي. گرمي جي منتقلي هڪ ناقابل واپسي عمل آهي.
بحث مباحثو
پاڻيءَ جي مخصوص گرمي (c) = 4180 J/kg C o
پاڻيءَ جو وزن = 2 ڪلوگرام (پاڻيءَ جو ساڳيو وزن).
جيئن ته پاڻيءَ جو مقدار ساڳيو آهي، تنهن ڪري مرکب جو آخري گرمي پد = 24 درجا سينٽي گريڊ (26 درجا سينٽي گريڊ + 22 درجا سينٽي گريڊ / 2 = 48 درجا سينٽي گريڊ / 2 = 24 درجا سينٽي گريڊ) آهي.
گرم پاڻي جي گرمي پد جي مقدار جيڪا 26 درجا سينٽي گريڊ کان 24 درجا سينٽي گريڊ تائين گهٽجي ويندي آهي :
Q = mc Δ T = (2 kg) (4180 J/kg C o ) (26 o C – 24 o C) = (2 kg) (4180 J/kg C o ) (2 o C) = 16720 J
ٿڌي پاڻي جي گرمي پد 22 درجا سينٽي گريڊ کان 24 درجا سينٽي گريڊ تائين وڌڻ تي جذب ٿيندڙ گرمي جي مقدار:
Q = mc Δ T = (2 kg) (4180 J/kg C o ) (24 o C – 22 o C) = (2 kg) (4180 J/kg C o ) (2 o C) = 16720 J
ڪُل اينٽراپي تبديلي = گرم پاڻي جي اينٽراپي تبديلي + ٿڌي پاڻي جي اينٽراپي تبديلي
گرم پاڻي جو سراسري گرمي پد = (26 ° C + 24 ° C) / 2 = 50 ° C / 2 = 25 ° C ‐‐‐‐ 25 + 273 = 298 K
ٿڌي پاڻي جو سراسري گرمي پد = (22 ° C + 24 ° C) / 2 = 46 ° C / 2 = 23 ° C ‐‐‐‐ 23 + 273 = 296 ڪلوميٽر
گرم پاڻي گرمي ڇڏيندو آهي، تنهنڪري Q منفي آهي. ان جي برعڪس، ٿڌو پاڻي گرمي جذب ڪري ٿو، تنهنڪري Q مثبت آهي. Q نشاني جي ڪنوينشن (ٿرموڊائنامڪس جو پهريون قانون) کي ياد رکو.
Δ S ڪُل = Δ S گرم پاڻي + Δ S ٿڌو پاڻي
ڪل Δ س = 56,107 J/K + 56,486 J/K
Δ S ڪُل = 0,379 J/K
ڪُل اينٽراپي 0,379 J/K وڌي ٿي
جيتوڻيڪ نظام جي ڪجهه حصن جي اينٽراپي گهٽجي ٿي (−56,107 J/K)، پر نظام جي ڪجهه حصن جي اينٽراپي وڌيڪ مقدار ۾ وڌي ٿي (+ 56,486 J/K) ته جيئن ڪل اينٽراپي هميشه وڌي ٿي (+ 0,379 J/K).
هڪ ناقابلِ واپسي عمل ۾ ڪُل اينٽراپي ۾ واڌ نه رڳو گرم ۽ ٿڌي پاڻي جي ميلاپ جي وچ ۾ گرمي جي منتقلي تي لاڳو ٿئي ٿي جنهن جو اسان مٿي تجزيو ڪيو آهي، پر سائنسدانن پاران مطالعي ڪيل سڀني ڪيسن تي پڻ لاڳو ٿئي ٿي. جيڪڏهن عمل ناقابلِ واپسي آهي ته ڪُل اينٽراپي هميشه مستقل رهي ٿي. جيڪڏهن عمل ناقابلِ واپسي آهي، ته ڪُل اينٽراپي هميشه وڌي ٿي.
بنيادي طور تي، اسان جي روزاني زندگيءَ ۾ سڀ قدرتي عمل ناقابلِ واپسي آهن، تنهن ڪري ڪُل اينٽراپي ناگزير طور تي وڌي ٿي. هي حقيقت هيٺين لائن ۾ اختصار ڪئي وئي آهي:
هڪ ناقابلِ واپسي عمل ۾، نظام ۽ آس پاس جي ڪل اينٽراپي هميشه وڌي ٿي.
هي ترڪيب وارو جملو ٿرموڊائنامڪس جي ٻئي قانون جو هڪ عام بيان آهي. ٿرموڊائنامڪس جو ٻيو قانون فزڪس جي ٻين قانونن کان ڪجهه مختلف آهي. عام طور تي، جسماني قانون مساواتن (مثال طور، نيوٽن جا قانون) يا تحفظ جي قانونن (مثال طور، توانائي جي تحفظ جو قانون) جي طور تي ظاهر ڪيا ويندا آهن.
اينٽراپي خرابي جي ماپ آهي
اينٽراپي کي خرابي جو هڪ ماپ سمجهي سگهجي ٿو. ٿرموڊائنامڪس جي ٻئي قانون جي عام بيان جي حوالي سان، خرابي ناقابل واپسي عملن ۾ وڌي ٿي. ٻين لفظن ۾، هر ناقابل واپسي عمل بنيادي طور تي خرابي جي حالت ڏانهن وٺي ٿو. هتي خرابي جو مطلب واضح نه ٿي سگهي ٿو، تنهنڪري ان کي روزمره جي زندگي ۾ ٿيندڙ ناقابل واپسي عملن جي مثالن کي استعمال ڪندي وضاحت ڪئي ويندي.
اهو نوٽ ڪرڻ ضروري آهي ته اينٽراپي جو تصور اصل ۾ صرف توانائي جي شڪل ۽ توانائي جي منتقلي ۾ تبديلين سان لاڳاپيل هو. ان جي ٿڙ مان آزاد ٿيڻ ۽ آزاديءَ سان ڪرڻ کان پوءِ جيستائين اهو زمين تي نه لهي، هڪ آم ڪڏهن به مٿي نه لهندو آهي. هڪ ڪتاب جنهن کي اسين ڌڪيندا آهيون ۽ پوءِ روڪيندا آهيون ڪڏهن به اسان ڏانهن واپس نه لهندو آهي. اهي ڪجهه مثال آهن ناقابل واپسي عملن جا جيڪي توانائي جي شڪل ۾ تبديلين ۽ هڪ شيءِ کان ٻئي شيءِ ڏانهن توانائي جي منتقلي سان لاڳاپيل آهن. اهي عمل صرف هڪ طرف ٿين ٿا، پر ڪڏهن به مخالف طرف نه. هڪ آم ڪڏهن به پاڻ مٿي نه لهندو آهي ڇاڪاڻ ته ان جي اندروني توانائي حرڪي توانائي ۾ تبديل ٿي ويندي آهي . هڪ ڪتاب ڪڏهن به اسان ڏانهن نه لهندو آهي ڇاڪاڻ ته رگڙ ذريعي پيدا ٿيندڙ گرمي حرڪي توانائي ۾ تبديل ٿي ويندي آهي.
ڪائنات ۾ ٿيندڙ ناقابلِ واپسي عمل صرف توانائي جي شڪلن ۽ توانائي جي منتقلي ۾ تبديلين سان لاڳاپيل نه آهن. پيدا ٿيڻ کان پوءِ، اسان ٻار، ٻار، نوجوان، بالغ بڻجي ويندا آهيون، پوءِ پوڙها ۽ سڙي ويندا آهيون ۽ آخرڪار مري ويندا آهيون 😉 ڇا توهان ڪڏهن ڪنهن پوڙهي ماڻهوءَ کي ٻار ۾ تبديل ٿيندي ڏٺو آهي؟ ڪڏهن به نه... اسان جيڪو سيل فون استعمال ڪندا آهيون اهو وقت سان گڏ سست ۽ خراب ٿي ويندو آهي... هڪ نئين ڪار جيڪا شروعات ۾ هموار ۽ طاقتور هئي، ڪجهه سالن تائين استعمال ڪرڻ کان پوءِ گهٽ هموار ۽ ڪمزور ٿي ويندي آهي. ڇا توهان ڪڏهن ڪنهن پراڻي ڪار کي اوچتو ٻيهر نئين ٿيندي ڏٺو آهي؟ يا توهان جو پسنديده سيل فون هر روز هموار ۽ بهتر ٿيندو ويندو آهي؟ ڪڏهن به نه... استعمال ٿيڻ کان پوءِ، سيل فون سست ۽ خراب ٿي ويندو آهي. ڪارون ساڳيون آهن... اهي ڪجهه ناقابلِ واپسي عملن جون مثالون آهن جن جو توانائي جي شڪلن ۽ توانائي جي منتقلي ۾ تبديلين سان ڪو به تعلق ناهي.... هاڻي، اهو سمجهڻ کان پوءِ ته ڪائنات ۾ ٿيندڙ سڀئي قدرتي عمل ناقابلِ واپسي آهن، اينٽراپي جو تصور وسيع ٿي ويندو آهي. بحث نه رڳو ٿرموڊائنامڪ عملن کي ڍڪيندو آهي پر ڪائنات ۾ ڪيترائي ٻيا ناقابلِ واپسي عمل پڻ شامل آهن.
هاڻي اچو ته ڪجهه ناقابلِ واپسي عملن تي بحث ڪريون جيڪي روزمره جي زندگي ۾ ٿين ٿا. پهرين، اچو ته هڪ سادي ناقابلِ واپسي عمل تي غور ڪريون. هي صرف هڪ تعارف آهي، تنهنڪري توهان اينٽراپي جي تصور ۽ ان جي ناقابلِ واپسي عملن سان تعلق کي سمجهو ٿا.
مثال طور، فرض ڪريو ته توهان وٽ ڪيترائي ڳاڙهي ۽ نيري سنگ مرمر آهن. سنگ مرمر هڪ ڪنٽينر ۾ رکيل آهن. نيري سنگ مرمر هيٺان صاف طور تي ترتيب ڏنل آهن، جڏهن ته ڳاڙهي سنگ مرمر مٿي تي صاف طور تي ترتيب ڏنل آهن (کاٻي تصوير). ڪنٽينر ۾ توهان جي سنگ مرمر جي ترتيب تمام ترتيب وار نظر اچي ٿي... هيٺان سڄو نيرو آهي، مٿي سڄو ڳاڙهو آهي.
اڳيون، توهان ڪنٽينر کي مٿي ۽ هيٺ هلايو يا هلايو. ڇاڪاڻ ته ڪنٽينر مٿي ۽ هيٺ هليو ويندو آهي، سنگ مرمر جو انتظام جيڪو شروعات ۾ تمام گهڻو باقاعده هو، ٻيهر بي ترتيب ٿيڻ لاءِ تبديل ٿي ويندو آهي (ساڄي تصوير). ڳاڙهي ۽ نيري سنگ مرمر گڏجي مليا آهن 😉 جيترو وڌيڪ توهان ان کي هلايو، سنگ مرمر جو انتظام وڌيڪ بي ترتيب ٿي ويندو آهي... ڇا اهو ممڪن آهي ته هلائڻ کان پوءِ، سنگ مرمر جو انتظام اڳ وانگر باقاعده ٿي ويندو آهي؟ اهو ناممڪن آهي... جيڪڏهن توهان ان تي يقين نه ٿا ڪريو ته مهرباني ڪري ثابت ڪريو. سنگ مرمر لاءِ اڳ وانگر باقاعده ٿيڻ ناممڪن آهي... هي هڪ ناقابل واپسي عمل جي هڪ مثال آهي. هڪ ناقابل واپسي عمل جو تجربو ڪرڻ کان پوءِ، سنگ مرمر جو انتظام جيڪو شروعات ۾ تمام گهڻو باقاعده هو، بي ترتيب ٿيڻ لاءِ تبديل ٿي ويو آهي. باقاعدگي بي ترتيبي ۾ تبديل ٿي وئي آهي...
ساڳي ڳالهه ٻين ناقابلِ واپسي عملن ۾ به ٿيندي آهي. جڏهن اسين ڪنهن گرم شيءِ ۽ ٿڌي شيءِ کي ڇُهندا آهيون، ته گرمي گرم شيءِ کان ٿڌي شيءِ ڏانهن پاڻمرادو وهندي... رابطي ۾ ايندڙ ٻن شين جي ساڳئي درجه حرارت تي پهچڻ کان پوءِ گرمي وهڻ بند ٿي ويندي آهي. هي عمل ناقابلِ واپسي آهي... خير، شروعات ۾ اسان وٽ ماليڪيولن جا ٻه انتظام آهن، يعني ماليڪيول جن ۾ هڪ وڏي سراسري حرڪي توانائي هوندي آهي (اهي ماليڪيول جيڪي گرم شيءِ ٺاهيندا آهن) ۽ ماليڪيول جن ۾ هڪ ننڍي سراسري حرڪي توانائي هوندي آهي (اهي ماليڪيول جيڪي ٿڌي شيءِ ٺاهيندا آهن). گرم شيءِ ۽ ٿڌي شيءِ جي ساڳئي درجه حرارت تي پهچڻ کان پوءِ (ماليڪيولن ۾ ساڳي سراسري حرڪي توانائي هوندي آهي)، اسان هاڻي ماليڪيولن جي ٻن ترتيبن ۾ فرق نٿا ڪري سگهون. ماليڪيولن جو انتظام جيڪو شروعات ۾ باقاعده طور تي تبديل ٿي بي ترتيب ٿي ويندو هو. مٿي سنگِ مرمر جي ترتيب وانگر... ٻن شين جي ساڳئي درجه حرارت تي پهچڻ کان پوءِ، ماليڪيولن جو باقاعده انتظام بي ترتيبي ۾ تبديل ٿي ويندو آهي (گرمي جي ناقابلِ واپسي منتقلي جي ڪري بي ترتيبي وڌي ويندي آهي).
وڌيڪ، هڪ گرم شيءِ کان ٿڌي شيءِ ڏانهن گرمي جي وهڪري کي هڪ گرمي انجن ۾ هڪ اعلي درجه حرارت واري علائقي کان گهٽ درجه حرارت واري علائقي ڏانهن گرمي جي وهڪري جي طور تي سمجهي سگهجي ٿو. هڪ اعلي درجه حرارت واري علائقي کان گهٽ درجه حرارت واري علائقي ڏانهن گرمي جو وهڪرو هڪ گرمي انجن کي ڪم ڪرڻ جي اجازت ڏئي ٿو. هڪ گرمي انجن گرمي جي وهڪري کان سواءِ ڪم نٿو ڪري سگهي. اهڙي طرح، اسان خرابي جي سائيز ۽ ڪم ڪرڻ جي صلاحيت جي وچ ۾ تعلق قائم ڪري سگهون ٿا. ساڳئي درجه حرارت تي پهچڻ کان پوءِ، گرم شيءِ کان ٿڌي شيءِ ڏانهن وڌيڪ گرمي جو وهڪرو نه هوندو آهي (خرابي وڌي ويندي آهي). جيئن ته گرمي جي وهڪري جي غير موجودگي هڪ گرمي انجن کي ڪم ڪرڻ کان روڪي ٿي، اسان چئي سگهون ٿا ته هڪ سسٽم جيڪو ڪم نٿو ڪري سگهي ان ۾ اعلي خرابي آهي، جڏهن ته هڪ سسٽم جيڪو ڪم ڪري سگهي ٿو ان ۾ گهٽ خرابي آهي...
انهن نتيجن مان، اسان توانائي جي شڪلن ۽ خرابي جي ماپ جي وچ ۾ تعلق بابت نتيجو ڪڍي سگهون ٿا. بنيادي طور تي، توانائي جي شڪل جيڪا ڪم ڪرڻ لاءِ استعمال ٿي سگهي ٿي اها امڪاني توانائي آهي. پاڻي جي ڪشش ثقل امڪاني توانائي ٽربائن کي هلائڻ لاءِ استعمال ٿي سگهي ٿي. تيل ۾ ڪيميائي امڪاني توانائي گاڏي کي هلائڻ لاءِ استعمال ٿي سگهي ٿي. اسان جي جسمن ۾ ڪيميائي امڪاني توانائي ڪم ڪرڻ، سفر ڪرڻ، مطالعي ڪرڻ لاءِ استعمال ٿي سگهي ٿي... هڪ آم جي ڪشش ثقل امڪاني توانائي گهر جي ڇت ۾ لڪيج کي مرمت ڪرڻ لاءِ استعمال ٿي سگهي ٿي 😉 ڇاڪاڻ ته توانائي جون مفيد شڪلون ڪم ڪرڻ لاءِ استعمال ٿي سگهن ٿيون، اسان چئي سگهون ٿا ته توانائي جون مفيد شڪلون وڌيڪ منظم آهن، جڏهن ته توانائي جون بيڪار شڪلون وڌيڪ بي ترتيب آهن. بيڪار توانائي جون شڪلون اندروني توانائي ۽ گرمي آهن... زمين سان ٽڪرائڻ کان پوءِ، آم ڪڏهن به مٿي نه ٿو سلپ ڪري ڇاڪاڻ ته اندروني توانائي حرڪي توانائي ۾ تبديل ٿي ويندي آهي...
جڏهن اسان ڪتاب کي دٻايو ٿا، ته ڪتاب حرڪت ڪري ٿو. رگڙ جي موجودگي ڪتاب کي حرڪت کان روڪي ٿي... هن صورت ۾، ڪتاب جي حرڪي توانائي گرمي ۾ تبديل ٿي وئي آهي (گرمي رگڙ جي ڪري پيدا ٿئي ٿي). حقيقت ۾، ڪتاب جيڪو اڃا تائين آهي اهو اسان ڏانهن واپس نه ٿو سلائڊ ڪري ڇاڪاڻ ته گرمي حرڪتي توانائي ۾ تبديل ٿي وئي آهي... اهي ٻه مثال ڏيکارين ٿا ته گرمي توانائي جون ٻه بيڪار شڪلون آهن. توانائي جي بيڪار شڪلن کي ڪم ڪرڻ لاءِ استعمال نٿو ڪري سگهجي. ان ڪري، اسان چئي سگهون ٿا ته گرمي ۽ اندروني توانائي ۾ تمام گهڻي بي ترتيبي آهي...
بنيادي طور تي، توانائي جي شڪل کي تبديل ڪرڻ جو عمل، توانائي جي هڪ مفيد شڪل کان توانائي جي هڪ بيڪار شڪل ۾ هميشه خرابي وڌائيندو آهي... سليگ ۾، اينٽراپي هميشه توانائي جي شڪل کي تبديل ڪرڻ جي عمل دوران وڌندي آهي... ڇاڪاڻ ته اينٽراپي هميشه وقت گذرڻ سان گڏ وڌندي آهي، توانائي جا سڀئي مفيد روپ بيڪار شڪلن ۾ تبديل ٿي ويندا. توانائي جي شڪل کي تبديل ڪرڻ جي عمل ۾ توانائي هميشه محفوظ رهندي، پر توانائي جي شڪل جيڪا منظم آهي ۽ ڪم ڪرڻ لاءِ استعمال ٿي سگهي ٿي، هڪ غير منظم شڪل ۾ تبديل ٿي ويندي آهي ۽ ڪم ڪرڻ لاءِ استعمال نه ٿي سگهي...
اينٽراپي ۽ شماريات
اڳ ۾، اسان بحث ڪيو ته اينٽراپي خرابي جو هڪ ماپ آهي. هر ناقابل واپسي عمل بنيادي طور تي هڪ اعليٰ خرابي جي حالت ڏانهن وٺي ٿو. هي خيال تجريدي ۽ غير واضح لڳي سگهي ٿو. اينٽراپي جي تصور کي بهتر سمجهڻ لاءِ، اسان هڪ شمارياتي طريقو استعمال ڪري سگهون ٿا. شمارياتي طريقو استعمال ڪندي اينٽراپي جي تصور کي سمجهڻ پهريون ڀيرو لڊوگ بولٽزمان (1844-1906) پاران استعمال ڪيو ويو.
هن مضمون جي شروعات ۾، اهو وضاحت ڪيو ويو ته اينٽراپي هڪ مقدار آهي جيڪا هڪ نظام جي خوردبيني حالت کي بيان ڪري ٿي. اهي مقدار جيڪي ميڪرو اسڪوپڪ رياستن کي بيان ڪن ٿا، سڌو سنئون معلوم ٿي سگهن ٿا، پر اهي مقدار جيڪي خوردبيني رياستن کي بيان ڪن ٿا، اهي نٿا ڪري سگهن. خوردبيني حالت کي سمجهڻ لاءِ، اسان ميڪرو اسڪوپڪ ۽ خوردبيني رياستن جي وچ ۾ تعلق کي جانچي سگهون ٿا.
ڇا توهان وٽ سو روپين جو سڪو آهي؟ سو روپين جي سڪي جا ٻه پاسا آهن: هڪ پاسو گرودا پکي کي ڏيکاري ٿو ۽ ٻيو پاسو 100 روپين جو لفظ ڏيکاري ٿو. تنهن ڪري، مثال طور، جيڪڏهن توهان وٽ چار سو روپين جا سڪا آهن... جيڪڏهن توهان سڀئي چار سو روپين جا سڪا فرش تي اڇلايو، ته هڪ ئي اڇل ۾ پنج مختلف نتيجا نڪرندا:
پهرين، گرودا پکيءَ جون سڀئي تصويرون ظاهر ٿين ٿيون (4 تصويرون)؛
ٻيو، گرودا پکيءَ جون 3 تصويرون نظر اچن ٿيون، هڪ سو روپين جي 1 لکڻي (3 تصويرون، 1 لکڻي)؛
ٽيون، گرودا پکيءَ جون 2 تصويرون ظاهر ٿين ٿيون، 2 لفظ هڪ سو روپيا (2 تصويرون، 2 لفظ)؛
چوٿون، گرودا پکيءَ جي 1 تصوير ظاهر ٿئي ٿي، 3 لفظ هڪ سو روپيا (1 تصوير، 3 لفظ)؛
پنجون، لفظ هڪ سو روپيا ظاهر ٿين ٿا (4 لفظ)...
اسين انهن پنجن ممڪن تصويرن يا لکڻين کي ميڪرو اسڪوپڪ حالتون (ميڪرو = وڏا) سڏين ٿا. ان جي برعڪس، جيڪڏهن اسين چئن سڪن کي تصويرن يا لکڻين جي طور تي پيش ڪريون ٿا، ته اسين خوردبيني حالتون (مائڪرو = ننڍيون) بيان ڪري رهيا آهيون.
هڪ اڇلائڻ ۾، 16 ممڪن خوردبيني حالتون آهن (هر سڪي جا ٻه موقعا آهن. چئن سڪن جا 16 موقعا آهن = 2 x 2 x 2 x 2 = 2 4 = 16). سڀ کان وڏو امڪان اهو آهي ته 2 تصويرون ۽ 2 لکڻيون ظاهر ٿين (ڪل 16 خوردبيني حالتن مان 6 ممڪن خوردبيني حالتون آهن - 6/16 x 100٪ = 37,5٪). ٻئي طرف، سڀ کان ننڍو امڪان اهو آهي ته 4 تصويرون يا 4 لکڻيون ظاهر ٿين (هر هڪ ۾ 1 ممڪن خوردبيني حالت آهي - 1/16 x 100٪ = 6,25٪). اسان هتي جيڪو بحث ڪري رهيا آهيون اهو صرف موقعو يا امڪان آهي... جيڪڏهن اسان 16 ڀيرا سڪا اڇلايون ٿا، ته اهو يقيني ناهي ته 2 تصويرون ۽ 2 لکڻيون 6 ڀيرا ظاهر ٿينديون. پر جيڪڏهن اسان هزارين ڀيرا سڪا اڇلايون ٿا، ته 2 تصويرن ۽ 2 لکڻين جي ظاهر ٿيڻ جو امڪان 37,5٪ تائين پهچي سگهي ٿو.
اهو ثابت ڪرڻ بهتر آهي... مهرباني ڪري چار سؤ روپين جا سڪا 100 ڀيرا اُڇليو (جيڪڏهن توهان ڪري سگهو ٿا ته 1000 ڀيرا 😉). هڪ ٽاس ۾ حاصل ڪيل ڊيٽا کي رڪارڊ ڪريو... سڪن کي 100 ڀيرا اُڇلائڻ کان پوءِ، توهان ڏسندا ته 2 تصويرون ۽ 2 لکڻيون گهڻو ڪري ظاهر ٿينديون آهن. ٽاس جو تعداد جيترو وڌيڪ هوندو، 2 تصويرون ۽ 2 لکڻيون حاصل ڪرڻ جو امڪان ٽاس جي ڪل تعداد جي 37,5٪ جي ويجهو پهچي ويندو.
اڳي اسان صرف 4 سڪن تي نظر وجهندا هئاسين. جيڪڏهن اسان سڪن جو تعداد وڌايون ٿا ته پوءِ خوردبيني حالتن جو تعداد وڌي ٿو. مثال طور، اسان وٽ 100 سڪا آهن... هڪ ٽاس ۾، 2 100 = 1,27 x 10 30 ممڪن خوردبيني حالتون آهن... سڀ کان وڏو امڪان اهو آهي ته 50 تصويرون ۽ 50 لکڻيون ظاهر ٿينديون (ڪل 1,27 x 10 30 خوردبيني حالتن مان 1,01 x 10 29 ممڪن خوردبيني حالتون آهن). ان جي برعڪس، سڀ کان ننڍو امڪان اهو آهي ته 100 تصويرون يا 100 لکڻيون ظاهر ٿينديون (هر هڪ ۾ ڪل 1,27 x 10 30 خوردبيني حالتن مان صرف 1 ممڪن خوردبيني حالت آهي). تمام ننڍو ۽ تقريبن ناممڪن... جيڪڏهن اسان وٽ 1000 سڪا آهن، ته 1000 تصويرن يا 1000 لکڻين جي ظاهر ٿيڻ جو امڪان يقيناً اڃا به ننڍو ۽ وڌندڙ ناممڪن آهي.
ان کي اينٽراپي جي تصور سان ڳنڍڻ لاءِ، اسان اهو فرض ڪري سگهون ٿا ته سڀئي تصويرون يا سڀئي متن هڪ ترتيب وار ترتيب ۾ آهن، جڏهن ته اڌ تصويرون ۽ اڌ متن هڪ بي ترتيب ترتيب ۾ آهن. سڪن جو تعداد جيترو وڌيڪ هوندو، اوترو ئي هڪ ترتيب وار ترتيب (سڀ تصويرون يا سڀ متن) حاصل ڪرڻ جو امڪان يا موقعو گهٽجي ويندو آهي، ۽ اهو تقريبن ناممڪن ٿي ويندو آهي. ان جي برعڪس، هڪ بي ترتيب ترتيب (اڌ تصويرون ۽ اڌ متن) ۾ تمام گهڻو امڪان يا موقعو هوندو آهي. هن نتيجي مان، اهو ظاهر ٿئي ٿو ته بي ترتيبي امڪان سان ويجهي سان لاڳاپيل آهي. سڀ کان وڌيڪ امڪاني حالت هڪ بي ترتيب حالت آهي، جڏهن ته سڀ کان وڌيڪ غير ممڪن حالت هڪ ترتيب وار حالت آهي.
ٿرموڊائنامڪس جي ٻئي قانون جو عام بيان، جنهن تي اسان اڳ ۾ بحث ڪيو هو، اهو ٻڌائي ٿو ته اينٽراپي، يا خرابي، هميشه هر ناقابل واپسي عمل ۾ وڌندي آهي. ٿرموڊائنامڪس جي ٻئي قانون جي هن بيان کي امڪان جي بيان طور سمجهي سگهجي ٿو. ان جو مطلب آهي ته ڪائنات ۾ ٿيندڙ هر عمل اهو آهي جيڪو سڀ کان وڏو امڪان يا موقعو رکي ٿو. ٿرموڊائنامڪس جو ٻيو قانون هر ناقابل واپسي عمل ۾ اينٽراپي ۾ گهٽتائي کي منع نٿو ڪري، پر امڪان تمام ننڍو آهي، جيتوڻيڪ تقريبن ناممڪن آهي. ان جي برعڪس، اينٽراپي ۾ واڌ جو امڪان تمام گهڻو آهي. اسان اڳ ۾ غور ڪيل پئسن جو تعداد صرف 100 هو... حقيقت ۾، هڪ مول ۾ 6,02 x 1023 ماليڪيول آهن ... هي هڪ تمام وڏو انگ آهي. هن انگ جون ممڪن خوردبيني حالتون يقيناً تمام وڏيون آهن، تنهنڪري ترتيب جو امڪان تمام ننڍو آهي، تقريبن ناممڪن...
جيڪڏهن اسان فرش تي گلاس اڇلائي ڇڏيون ٿا، ته فرش تي پکڙيل شيشي جا ٽڪرا ٻيهر گڏ ٿي سگهن ٿا ۽ اڳ وانگر هڪ پورو گلاس ٺاهي سگهن ٿا. پر اهو ٿيڻ جو امڪان ايترو گهٽ آهي جو اهو ناممڪن آهي... جڏهن گلاس اڃا تائين برقرار آهي، ماليڪيولن جي پوزيشن وڌيڪ منظم آهي. جڏهن گلاس ڪري ٿو جيستائين اهو ٽٽي نه پوي ته شيشي جا ٽڪرا زمين تي ٽٽي پون ٿا، ماليڪيولن جي پوزيشن بي ترتيب ٿي ويندي آهي. ترتيب واري پوزيشن ڏانهن واپس اچڻ جو امڪان ايترو گهٽ آهي جو شيشي جي ماليڪيولن جي ٻيهر گڏ ٿيڻ جي اميد رکڻ ناممڪن آهي. جيڪڏهن اسان ڪنهن گرم شيءِ ۽ ٿڌي شيءِ کي ڇهون ٿا، ته گرمي پاڻمرادو گرم شيءِ کان ٿڌي شيءِ ڏانهن وهندي... گرم شين ۾ ماليڪيول هوندا آهن جيڪي بي ترتيب ۽ تيزيءَ سان هلندا آهن، ٻئي طرف ماليڪيول جيڪي ٿڌي شيءِ ٺاهيندا آهن انهن جي حرڪت تمام تيز نه هوندي آهي. انهن تيز رفتار ماليڪيولن جي هڪ ٻئي سان ٽڪرائڻ يا ٿڌي شيءِ ڏانهن پار ٿيڻ جو امڪان انهن ماليڪيولن جي امڪان کان تمام گهڻو وڌيڪ آهي جيڪي آهستي آهستي هلندا آهن... جيڪو به تيز آهي اهو حاصل ڪري ٿو 😉 گرمي ٿڌي شيءِ کان گرم شيءِ ڏانهن منتقل ٿي سگهي ٿي، پر اهو ٿيڻ جو امڪان تمام گهٽ آهي.
مٿي ڏنل تصوير ۾ نيرو ۽ ڳاڙهو سنگ مرمر پنهنجي اصل، باقاعده ترتيب ڏانهن واپس اچي سگهي ٿو. پر هڪ منظم ترتيب ڏانهن موٽڻ جو موقعو تمام گهٽ آهي. هڪ بي ترتيب ترتيب ۾ تمام گهڻو وڏو موقعو آهي. ساڳئي طرح، هڪ بند ڪنٽينر ۾ گئس پاران تجربو ڪيل آزاد توسيع سان. ڪنٽينر ۾ ٻه چيمبر آهن، جتي ٻئي چيمبر هڪ رڪاوٽ سان الڳ ٿيل آهن. شروعات ۾، گئس کاٻي چيمبر ۾ آهي. جڏهن رڪاوٽ هٽائي ويندي آهي، گئس جا ماليڪيول ساڄي چيمبر ۾ پار ڪرڻ لاءِ گڏ ٿيندا. ساڄي چيمبر خالي آهي، جڏهن ته کاٻي چيمبر ۾ اهڙا ماليڪيول هوندا آهن جيڪي بي ترتيب حرڪت ڪري رهيا آهن. جڏهن رڪاوٽ هٽائي ويندي آهي، ته ماليڪيولن کي خالي چيمبر ۾ پار ڪرڻ جو وڏو موقعو هوندو آهي. جڏهن ماليڪيول ڪنٽينر جي پوري مقدار کي ڀريندا آهن جنهن ۾ ٻه چيمبر آهن، ڇا اهو ممڪن آهي ته سڀئي ماليڪيول ٻيهر کاٻي چيمبر کي ڀرين؟ اهو ممڪن آهي، پر امڪان تمام ننڍو آهي. صرف هڪ تل ۾، 6,02 x 1023 ماليڪيول آهن ... امڪان اهو آهي ته سڀئي ماليڪيول کاٻي چيمبر ۾ آهن هڪ ملين امڪانن مان 1 آهي. هڪ ملين ۾ هڪ تمام ننڍڙو موقعو آهي ۽ تقريبن ناممڪن آهي...
ٿرموڊائنامڪس جو ٻيو قانون اسان کي ٻڌائي ٿو ته ڪائنات ۾ ٿيندڙ هر عمل سڀ کان وڌيڪ امڪاني عمل آهي. فطرت ۾ هڪ عمل (اعليٰ اينٽراپي ڏانهن) جنهن طرف اڳتي وڌندو آهي اهو اتفاق يا امڪان سان طئي ڪيو ويندو آهي... خرابي جي ٿيڻ جو امڪان تمام گهڻو هوندو آهي ۽ تنهن ڪري ان جي ٿيڻ جو امڪان وڌيڪ هوندو آهي...
اينٽراپي = وقت جو تير
اينٽراپي کي وقت جو تير پڻ سڏيو ويندو آهي ڇاڪاڻ ته اهو اسان کي وقت جي رخ کي ٻڌائي ٿو. هر قدرتي عمل جي هدايت خرابي ڏانهن آهي. جيڪڏهن اسان ان جي برعڪس ڏسون ٿا، يعني خرابي پاڻ کي ترتيب ۾ تبديل ڪندي، اسان چئي سگهون ٿا ته واقعو الٽ آهي. جيڪڏهن اسان فرش تي ٽڙيل پکڙيل شيشي جا ٽڪرا ٻيهر گڏ ٿين ٿا ۽ ٻيهر هڪ مڪمل شيشو ٺاهين ٿا، ته اسان چئي سگهون ٿا ته واقعو الٽ آهي. اهو اسان جي روزاني زندگي ۾ ڪڏهن به نه ٿيندو آهي، ۽ جيڪڏهن اهو ٿيو، ته اهو ٿرموڊائنامڪس جي ٻئي قانون جي خلاف ورزي ڪندو. هن صورت ۾، وقت ڪڏهن به پوئتي نه ٿو هلي ۽ خرابي ڪڏهن به پاڻمرادو ترتيب ۾ تبديل نه ٿيندي آهي. اسان جي زندگين ۾ سڀ کان وڌيڪ ممڪن ۽ مسلسل واقعو اهو آهي ته ترتيب هميشه خرابي ڏانهن وڌي ٿي؛ وقت هميشه اڳتي وڌندو آهي، پوئتي نه. جيڪڏهن ڪو پوڙهو ماڻهو ٻار ۾ تبديل ٿي وڃي ٿو، ته اسان هن کي غير معمولي ۽ ٿرموڊائنامڪس جي ٻئي قانون جي خلاف ورزي سمجهنداسين.
