එන්ට්රොපි පදාර්ථය
පෙර සාකච්ඡාවේදී, අපි තාප ගති විද්යාවේ දෙවන නියමයේ නිශ්චිත ප්රකාශ කිහිපයක් අධ්යයනය කළෙමු. මෙම නිශ්චිත ප්රකාශ මගින් පැහැදිලි කළ හැක්කේ යම් යම් ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලීන් පමණක් බව සැලකිල්ලට ගත යුතුය. ක්ලෝසියස් ප්රකාශය තාප හුවමාරුව සහ ශීතකරණයක ක්රියාකාරී මූලධර්මයට එහි සම්බන්ධතාවය පමණක් පැහැදිලි කරයි. කෙල්වින් සහ ප්ලාන්ක් ප්රකාශ ශීතකරණයක ක්රියාකාරී මූලධර්මයට සම්බන්ධ වේ. තාප එන්ජිම. මූලික වශයෙන්, මෙම ප්රකාශ දෙක තාප හුවමාරුවට සම්බන්ධ වේ. මෙම ප්රකාශ දෙක භාවිතයෙන් පැහැදිලි කළ නොහැකි තවත් බොහෝ ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලීන් තිබේ.
තාප ගති විද්යාවේ දෙවන නියමයේ නිශ්චිත ප්රකාශයට සියලු ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලීන් පැහැදිලි කළ නොහැක, එබැවින් අපට වඩාත් පොදු ප්රකාශයක් අවශ්ය වේ. මෙම සාමාන්ය ප්රකාශය විශ්වයේ සිදුවන සියලුම ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලීන් පැහැදිලි කරනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ. තාප ගති විද්යාවේ දෙවන නියමයේ සාමාන්ය ප්රකාශය දහනව වන සියවසේ මැද භාගයේදී එන්ට්රොපි (S) ලෙස හැඳින්වෙන ප්රමාණයක් හරහා සකස් කරන ලදී. එන්ට්රොපිය අක්රමිකතාවයේ මිනුමක් ලෙස සැලකිය හැකිය. එන්ට්රොපිය ප්රමාණය මුලින්ම ක්ලෝසියස් විසින් හඳුන්වා දෙන ලද අතර එය කාර්නොට් චක්රයෙන් (පරිපූර්ණ තාප එන්ජිමක්) ව්යුත්පන්න විය. ක්ලෝසියස්ට අනුව, පද්ධතියට නියත උෂ්ණත්වයකදී අමතර තාපය (Q) ලැබෙන විට, පද්ධතියක් අත්විඳින එන්ට්රොපියෙහි වෙනසෙහි විශාලත්වය සමීකරණය මගින් ප්රකාශ වේ:
එන්ට්රොපිය යනු පද්ධතියක අන්වීක්ෂීය තත්ත්වය විස්තර කරන රාශියකි, එබැවින් එය කෙලින්ම මැනිය නොහැක. අපි එන්ට්රොපියෙහි වෙනස පමණක් පරීක්ෂා කරමු. පද්ධතියක ශක්තියේ වෙනසට සමානය. තාප ගති විද්යාවේ පළමු නියමය.
උදාහරණ ප්රශ්නය 1:
භාජනයක ඇති වායු ප්රමාණයක් ස්ථිරතාපී ප්රසාරණයට ලක් වේ. වායුවේ එන්ට්රොපියෙහි වෙනස කුමක්ද?
සාකච්ඡා
ස්ථිරතාපී ක්රියාවලියක් අතරතුර, කිසිවක් නොමැත තාපය පද්ධතියට ඇතුළු වන හෝ පිටවන (වායුව). මන්ද Q = 0 එවිට ΔS = 0. පද්ධතියේ එන්ට්රොපිය වෙනස් නොවේ, එය නියත ලෙසද හැඳින්වේ. ස්ථිරතාපී සම්පීඩනය ගැන කුමක් කිව හැකිද? එය මූලික වශයෙන් සමාන වේ. ස්ථිරතාපී සම්පීඩනය අතරතුර, කිසිදු තාපයක් පද්ධතියට ඇතුළු වන්නේ හෝ පිටවන්නේ නැත (Q = 0). එබැවින්, පද්ධතියේ එන්ට්රොපිය නියත වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 2:
කාර්නොට් එන්ජිමක් 500 K දී 2000 J තාපයක් ලබා ගනී, ක්රියා කරයි සහ 350 K දී යම් තාප ප්රමාණයක් ප්රතික්ෂේප කරයි. එක් චක්රයක් තුළ එන්ජිමේ ප්රතික්ෂේප කරන ලද තාප ප්රමාණය සහ මුළු එන්ට්රොපි වෙනස තීරණය කරන්න.
සාකච්ඡා
පද්ධතියට තාපය ලැබෙන්නේ නම්, Q ධන වේ, පද්ධතිය තාපය මුදා හරින්නේ නම්, Q සෘණ වේ. මෙම අවස්ථාව සඳහා පද්ධතිය කාර්නොට් එන්ජිමකි.
එක් චක්රයක් තුළ, කාර්නොට් එන්ජිමක් ආපසු හැරවිය හැකි සමෝෂ්ණ ක්රියාවලීන් දෙකකට (සමෝෂ්ණ ප්රසාරණය + සමෝෂ්ණ සම්පීඩනය) සහ ආපසු හැරවිය හැකි ස්ථිරතාපී ක්රියාවලීන් දෙකකට (අධිතාපී ප්රසාරණය සහ ස්ථිරතාපී සම්පීඩනය) භාජනය වේ. ස්ථිරතාපී ප්රසාරණය සහ සම්පීඩන ක්රියාවලීන් අතරතුර, කිසිදු තාපයක් පද්ධතියට ඇතුළු නොවේ හෝ පිට නොවේ (Q = 0). Q = 0 බැවින්, ස්ථිරතාපී ක්රියාවලිය අතරතුර එන්ට්රොපිය වෙනස් වීම = 0 වේ.
සමෝෂ්ණ ප්රසාරණයේදී, එන්ජිම 500 K උෂ්ණත්වයකදී (T) 2000 J තාපය (Q) අවශෝෂණය කරයි. එන්ජිම තාපය අවශෝෂණය කරන බැවින්, Q ධනාත්මක වේ. සමෝෂ්ණ ප්රසාරණයේදී එන්ජිමේ එන්ට්රොපියේ වෙනස:
සමෝෂ්ණ සම්පීඩනය අතරතුර, එන්ජිම 350 K උෂ්ණත්වයකදී (T) 1400 J තාපය (Q) ප්රතික්ෂේප කරයි. එන්ජිම තාපය ප්රතික්ෂේප කරන බැවින්, Q ට සෘණ ලකුණක් ඇත. සමෝෂ්ණ සම්පීඩනය අතරතුර එන්ජිමේ එන්ට්රොපියේ වෙනස:
මුළු එන්ට්රොපි වෙනස = 4 J/K ‐ 4 J/K = 0
උදාහරණ ප්රශ්නය 3:
තාප එන්ජිමකට 300 ක උෂ්ණත්වයකදී ජූල් 600 ක තාපයක් (Q) ලැබේ. oC, 100 ක උෂ්ණත්වයකදී වැඩ කරමින් යම් තාප ප්රමාණයක් නිකුත් කරයි. oC. එක් චක්රයක් තුළ එන්ජිමේ ප්රතික්ෂේප කරන ලද තාප ප්රමාණය සහ මුළු එන්ට්රොපි වෙනස තීරණය කරන්න...
සාකච්ඡා
TH = 300 කි
QH = 600 ජේ
TL = 100 කි
QL = ?
එක් චක්රයක් තුළ, කාර්නොට් එන්ජිමක් ආපසු හැරවිය හැකි සමෝෂ්ණ ක්රියාවලීන් දෙකකට (සමෝෂ්ණ ප්රසාරණය + සමෝෂ්ණ සම්පීඩනය) සහ ආපසු හැරවිය හැකි ස්ථිරතාපී ක්රියාවලීන් දෙකකට (අධිතාපී ප්රසාරණය සහ ස්ථිරතාපී සම්පීඩනය) භාජනය වේ. ස්ථිරතාපී ප්රසාරණය සහ සම්පීඩන ක්රියාවලීන් අතරතුර, කිසිදු තාපයක් පද්ධතියට ඇතුළු නොවේ හෝ පිට නොවේ (Q = 0). Q = 0 බැවින්, ස්ථිරතාපී ක්රියාවලිය අතරතුර එන්ට්රොපිය වෙනස් වීම = 0 වේ.
සමෝෂ්ණ ප්රසාරණයේදී, එන්ජිම 300 K උෂ්ණත්වයකදී (T) 600 J තාපය (Q) අවශෝෂණය කරයි. එන්ජිම තාපය අවශෝෂණය කරන බැවින්, Q ධනාත්මක වේ. සමෝෂ්ණ ප්රසාරණයේදී එන්ජිමේ එන්ට්රොපියේ වෙනස:
සමෝෂ්ණ සම්පීඩනය අතරතුර, එන්ජිම 100 K උෂ්ණත්වයකදී (T) 200 J තාපය (Q) ප්රතික්ෂේප කරයි. එන්ජිම තාපය ප්රතික්ෂේප කරන බැවින්, Q ට සෘණ ලකුණක් ඇත. සමෝෂ්ණ සම්පීඩනය අතරතුර එන්ජිමේ එන්ට්රොපියේ වෙනස:
මුළු එන්ට්රොපි වෙනස = 2 J/K ‐ 2 J/K = 0
උදාහරණ ප්රශ්න අංක 2 සහ උදාහරණ ප්රශ්න අංක 3 අනුව, ආපසු හැරවිය හැකි ක්රියාවලියක් සඳහා මුළු එන්ට්රොපිය වෙනස් වීම = 0 බව පෙනේ. වෙනත් වචන වලින් කිවහොත්, ආපසු හැරවිය හැකි ක්රියාවලියකදී, මුළු එන්ට්රොපිය සැමවිටම නියත වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 4:
කිලෝග්රෑම් 2 ක අයිස් කැටයක උෂ්ණත්වය 0 කි. oC. අයිස් කැට භාජනයක තබා හිරු එළියේ වියළා ගනු ලැබේ. වාතයෙන් සහ හිරු එළියෙන් අමතර තාපයක් ලැබෙන නිසා අයිස් දිය වේ. අයිස්වල එන්ට්රොපියෙහි වෙනස තීරණය කරන්න. (ජලයේ විලයනයේ තාපය = 3,34 x 105 ජූ/කිලෝග්රෑම්)
සාකච්ඡා
අයිස් ස්කන්ධය = 2 kg
අයිස් උෂ්ණත්වය = 0 oසී + 273 = 273 කේ
ජලයේ විලයන තාපය = 3,34 x 10 5 J/Kg
අයිස් කිලෝග්රෑම් 2 ක් ජලයට උණු කිරීමට අවශ්ය තාපය:
Q = mL
Q = (කිලෝග්රෑම් 2)(3,34 x 105 ජූ/කිලෝග්රෑම්)
Q = 6,68 x 105 J
Q = 668 x 103 J
අයිස් දියවීමේ ක්රියාවලියේදී (අයිස් සිට ජලය දක්වා), උෂ්ණත්වය නියත වේ. උෂ්ණත්වය නියත බැවින්, අයිස්වල එන්ට්රොපියෙහි වෙනස ගණනය කෙරේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 5:
26 ක උෂ්ණත්වයකදී වතුර වීදුරුවක් oC 22 ක උෂ්ණත්වයකදී වතුර වීදුරුවක් සමඟ මිශ්ර කර ඇත. oC. වීදුරුවේ ඇති ජල ස්කන්ධය = 2 kg නම්, ජලයේ එන්ට්රොපියෙහි වෙනස තීරණය කරන්න. උණු වතුර සහ සීතල වතුර සංවෘත, හොඳින් පරිවරණය කළ භාජනයක මිශ්ර කර ඇති බව උපකල්පනය කරන්න. තාප හුවමාරුව ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලියකි.
සාකච්ඡා
ජලයේ නිශ්චිත තාපය (c) = 4180 J/Kg Co
ජල ස්කන්ධය = 2 Kg (එකම ජල ස්කන්ධය).
ජල ස්කන්ධය සමාන බැවින්, මිශ්රණයේ අවසාන උෂ්ණත්වය = 24 oC (26 oC+22 oසී / 2 = 48 oසී / 2 = 24 oC).
උණු වතුරේ උෂ්ණත්වය 26°C සිට අඩු වූ විට එයින් මුදා හරින තාප ප්රමාණය oසී - 24 oඇ:
Q = mc ΔT = (කිලෝග්රෑම් 2)(4180 J/කිලෝග්රෑම් Co)(26) (12) oසී - 24 oසී) = (කිලෝග්රෑම් 2)(4180 ජෙ/කිලෝග්රෑම් සීo)(2) (12) oඇ) = 16720 ජේ
සීතල වතුරේ උෂ්ණත්වය 22°C – 24°C දක්වා වැඩි වන විට එය අවශෝෂණය කරන තාප ප්රමාණය:
Q = mc ΔT = (කිලෝග්රෑම් 2)(4180 J/කිලෝග්රෑම් Co)(24) (12) oසී - 22 oසී) = (කිලෝග්රෑම් 2)(4180 ජේ/කිලෝග්රෑම් සීo)(2) (12) oඇ) = 16720 ජේ
මුළු එන්ට්රොපි වෙනස = උණු වතුරේ එන්ට්රොපියේ වෙනස + සීතල වතුරේ එන්ට්රොපියේ වෙනස
උණු වතුරේ සාමාන්ය උෂ්ණත්වය = (26 oC+24 oඇ) / 2 = 50 oසී / 2 = 25 oසී ‐‐‐‐ 25 + 273 = 298 කේ
සීතල වතුරේ සාමාන්ය උෂ්ණත්වය = (22 oC+24 oඇ) / 2 = 46 oසී / 2 = 23 oසී ‐‐‐‐ 23 + 273 = 296 කේ
උණු වතුර තාපය මුදාහරින නිසා Q අගය සෘණ අගයකි. අනෙක් අතට, සීතල වතුර තාපය අවශෝෂණය කරයි, එබැවින් Q අගය ධන අගයකි. Q ලකුණු සම්මුතිය (තාප ගති විද්යාවේ පළමු නියමය) මතක තබා ගන්න.
Δ S එකතුව = Δ S උණු වතුර + Δ S සීතල වතුර
Δ S එකතුව = ‐ 56,107 J/K + 56,486 J/K
Δ S එකතුව = 0,379 J/K
මුළු එන්ට්රොපිය 0,379 J/K කින් වැඩි වේ.
පද්ධතියේ සමහර කොටස්වල එන්ට්රොපිය අඩු වුවද (‐56,107 J/K), පද්ධතියේ සමහර කොටස්වල එන්ට්රොපිය විශාල ප්රමාණයකින් (+ 56,486 J/K) වැඩි වන බැවින් මුළු එන්ට්රොපිය සැමවිටම වැඩි වේ (+ 0,379 J/K).
ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලියක මුළු එන්ට්රොපිය වැඩිවීම අප ඉහත විශ්ලේෂණය කළ උණු සහ සීතල ජල මිශ්රණය අතර තාප හුවමාරුවට පමණක් නොව, විද්යාඥයින් විසින් අධ්යයනය කරන ලද සියලුම අවස්ථාවන්ට ද අදාළ වේ. ක්රියාවලිය ආපසු හැරවිය හැකි නම් මුළු එන්ට්රොපිය සැමවිටම නියතව පවතී. ක්රියාවලිය ආපසු හැරවිය නොහැකි නම්, මුළු එන්ට්රොපිය සැමවිටම වැඩි වේ.
මූලික වශයෙන්, අපගේ දෛනික ජීවිතයේ සියලුම ස්වාභාවික ක්රියාවලීන් ආපසු හැරවිය නොහැකි බැවින්, සම්පූර්ණ එන්ට්රොපිය නොවැළැක්විය හැකි ලෙස වැඩි වේ. මෙම කරුණ පහත දැක්වෙන පේළියේ සාරාංශ කර ඇත:
ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලියකදී, පද්ධතියේ සහ වටපිටාවේ මුළු එන්ට්රොපිය සැමවිටම වැඩි වේ.
මෙම ඇල අකුරු සහිත වාක්යය තාප ගති විද්යාවේ දෙවන නියමයේ සාමාන්ය ප්රකාශයකි. තාප ගති විද්යාවේ දෙවන නියමය භෞතික විද්යාවේ අනෙකුත් නීතිවලට වඩා තරමක් වෙනස් ය. සාමාන්යයෙන් භෞතික නීති සමීකරණ ලෙස (උදා: නිව්ටන්ගේ නියම) හෝ සංරක්ෂණ නීති ලෙස (උදා: ශක්ති සංරක්ෂණ නියමය) ප්රකාශ වේ.
එන්ට්රොපිය යනු අක්රමිකතාවයේ මිනුමක් වේ.
එන්ට්රොපිය අක්රමිකතාවයේ මිනුමක් ලෙස සැලකිය හැකිය. තාප ගති විද්යාවේ දෙවන නියමයේ සාමාන්ය ප්රකාශයට සාපේක්ෂව, අක්රමිකතාව ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලීන්හි වැඩි වීමට නැඹුරු වේ. වෙනත් වචන වලින් කිවහොත්, සෑම ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලියක්ම අත්යවශ්යයෙන්ම අක්රමිකතාවයකට මග පාදයි. මෙහි අක්රමිකතාවයේ තේරුම අපැහැදිලි විය හැකි බැවින්, එදිනෙදා ජීවිතයේදී සිදුවන ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලීන්ගේ උදාහරණ භාවිතා කරමින් එය පැහැදිලි කෙරේ.
එන්ට්රොපි සංකල්පය මුලින් සම්බන්ධ වූයේ ශක්ති ස්වරූපයේ වෙනස්කම් සහ ශක්ති හුවමාරුව ඇතුළත් ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලීන් සමඟ පමණක් බව සැලකිල්ලට ගැනීම වැදගත්ය. එහි කඳෙන් නිදහස් වී බිමට වැටෙන තෙක් නිදහසේ වැටීමෙන් පසු, අඹ ගෙඩියක් කිසි විටෙකත් ඉහළට ලිස්සා නොයයි. අප තල්ලු කර නතර කරන පොතක් කිසි විටෙකත් අප දෙසට ආපසු නොයනු ඇත. ශක්ති ස්වරූපයේ වෙනස්කම් සහ එක් වස්තුවකින් තවත් වස්තුවකට ශක්තිය මාරු කිරීම හා සම්බන්ධ ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලීන් සඳහා මේවා උදාහරණ වේ. මෙම ක්රියාවලීන් එක් දිශාවකට පමණක් සිදු වේ, නමුත් කිසි විටෙකත් ප්රතිවිරුද්ධ දිශාවට නොවේ. අඹ ගෙඩියක් කිසි විටෙකත් තනිවම ඉහළට ලිස්සා නොයන නිසා අභ්යන්තර ශක්තිය බවට පරිවර්තනය විය චාලක ශක්තියඝර්ෂණයෙන් ජනනය වන තාපය චාලක ශක්තිය බවට පරිවර්තනය වන නිසා පොත කිසි විටෙකත් අප දෙසට ලිස්සා නොයයි.
විශ්වයේ සිදුවන ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලීන් ශක්ති ආකාරවල වෙනස්කම් සහ ශක්ති හුවමාරුව සමඟ පමණක් සම්බන්ධ නොවේ. ඉපදුණු පසු, අපි ළදරුවන්, දරුවන්, යෞවනයන්, වැඩිහිටියන් බවට වර්ධනය වෙමු, පසුව මහලු වී දිරාපත් වී අවසානයේ මිය යමු 😉 මහලු පුද්ගලයෙකු ළදරුවෙකු බවට පත්වන ආකාරය ඔබ කවදා හෝ දැක තිබේද? කවදාවත්... අපි භාවිතා කරන ජංගම දුරකථනය කාලයත් සමඟ අඳුරු වී හානි වේ... මුලින් සුමට හා බලවත් වූ නව මෝටර් රථයක් ඔබ වසර කිහිපයක් භාවිතා කිරීමෙන් පසු අඩු සුමට හා දුර්වල වේ. පැරණි මෝටර් රථයක් හදිසියේම නැවත අලුත් වන බව ඔබ කවදා හෝ දැක තිබේද? නැතහොත් ඔබේ ප්රියතම ජංගම දුරකථනය සෑම දිනකම සුමට හා හොඳ වන බව ඔබ දැක තිබේද? කවදාවත්... භාවිතා කිරීමෙන් පසු, ජංගම දුරකථනය අඳුරු වී හානි වේ. මෝටර් රථ සමාන වේ... මේවා ශක්ති ආකාරවල වෙනස්කම් සහ ශක්ති හුවමාරුව සමඟ කිසිදු සම්බන්ධයක් නැති ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලීන් සඳහා උදාහරණ කිහිපයකි.... දැන්, විශ්වයේ සිදුවන සියලුම ස්වාභාවික ක්රියාවලීන් ආපසු හැරවිය නොහැකි බව වටහා ගැනීමෙන් පසු, එන්ට්රොපි සංකල්පය පුළුල් වේ. සාකච්ඡාව තාප ගතික ක්රියාවලීන් පමණක් නොව විශ්වයේ තවත් බොහෝ ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලීන් ද ඇතුළත් වේ.
දැන් අපි එදිනෙදා ජීවිතයේදී සිදුවන ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලීන් කිහිපයක් සාකච්ඡා කරමු. පළමුව, සරල ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලියක් සලකා බලමු. මෙය හැඳින්වීමක් පමණි, එබැවින් ඔබට එන්ට්රොපි සංකල්පය සහ ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලීන් සමඟ එහි සම්බන්ධතාවය තේරුම් ගත හැකිය.
උදාහරණයක් ලෙස, ඔබ සතුව රතු සහ නිල් කිරිගරුඬ ගණනාවක් ඇතැයි සිතමු. කිරිගරුඬ බඳුනක තබා ඇත. නිල් කිරිගරුඬ පහළින් පිළිවෙලට සකසා ඇති අතර, රතු කිරිගරුඬ ඉහළින් පිළිවෙලට සකසා ඇත (වම් රූපය). කන්ටේනරයේ ඔබේ කිරිගරුඬ සැකැස්ම ඉතා පිළිවෙලට පෙනේ... පතුල සම්පූර්ණයෙන්ම නිල් පාටයි, ඉහළ සම්පූර්ණයෙන්ම රතු පාටයි.
ඊළඟට, ඔබ භාජනය ඉහළට සහ පහළට සොලවන්න හෝ සොලවන්න. භාජනය ඉහළට සහ පහළට ගෙන යන නිසා, මුලින් ඉතා නිතිපතා වූ කිරිගරුඬ සැකැස්ම නැවතත් අක්රමවත් වීමට වෙනස් වේ (දකුණු පින්තූරය). රතු සහ නිල් කිරිගරුඬ එකට මිශ්ර වේ 😉 ඔබ එය වැඩි වැඩියෙන් සොලවන තරමට, කිරිගරුඬ සැකැස්ම වඩාත් අක්රමවත් වේ… සොලවා ගත් පසු, කිරිගරුඬ සැකැස්ම පෙර මෙන් නිතිපතා වීමට ඉඩ තිබේද? එය කළ නොහැකි ය… ඔබ එය විශ්වාස නොකරන්නේ නම් කරුණාකර එය ඔප්පු කරන්න. කිරිගරුඬ පෙර මෙන් නිතිපතා වීමට නොහැකි ය… මෙය ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලියක උදාහරණයකි. ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලියක් අත්විඳීමෙන් පසු, මුලින් ඉතා නිතිපතා වූ කිරිගරුඬ සැකැස්ම අක්රමවත් වේ. විධිමත්භාවය අක්රමිකතාවයට වෙනස් වී ඇත…
ආපසු හැරවිය නොහැකි අනෙකුත් ක්රියාවලීන්හිදී ද මෙයම සිදුවේ. අපි උණුසුම් වස්තුවක් සහ සීතල වස්තුවක් ස්පර්ශ කරන විට, තාපය ස්වයංක්රීයව උණුසුම් වස්තුවේ සිට සීතල වස්තුවට ගලා යයි... ස්පර්ශ වන වස්තූන් දෙක එකම උෂ්ණත්වයට ළඟා වූ පසු තාපය ගලා යාම නතර වේ. මෙම ක්රියාවලිය ආපසු හැරවිය නොහැක... හොඳයි, මුලදී අපට අණු සැකැස්ම දෙකක් ඇත, එනම් විශාල සාමාන්ය චාලක ශක්තියක් ඇති අණු (උණුසුම් වස්තුව සෑදෙන අණු) සහ කුඩා සාමාන්ය චාලක ශක්තියක් ඇති අණු (සීතල වස්තුව සෑදෙන අණු). උණුසුම් වස්තුව සහ සීතල වස්තුව එකම උෂ්ණත්වයට ළඟා වූ පසු (අණු වලට එකම සාමාන්ය චාලක ශක්තියක් ඇත), අපට තවදුරටත් අණු සැකැස්ම දෙක වෙන්කර හඳුනාගත නොහැක. මුලින් නිතිපතා පැවති අණු සැකැස්ම අක්රමවත් වීමට වෙනස් වේ. ඉහත කිරිගරුඬ සැකැස්මට සමානයි... වස්තූන් දෙක එකම උෂ්ණත්වයට ළඟා වූ පසු, අණු සැකැස්ම අක්රමිකතාවයට වෙනස් වේ (ආපසු හැරවිය නොහැකි තාපය මාරු කිරීම හේතුවෙන් අක්රමිකතාව වැඩි වේ).
තවද, උණුසුම් වස්තුවක සිට සීතල වස්තුවකට තාපය ගලා යාම තාප එන්ජිමක ඉහළ උෂ්ණත්ව කලාපයක සිට අඩු උෂ්ණත්ව කලාපයකට තාපය ගලා යාම ලෙස සැලකිය හැකිය. ඉහළ උෂ්ණත්ව කලාපයක සිට අඩු උෂ්ණත්ව කලාපයකට තාපය ගලා යාම තාප එන්ජිමකට කාර්යයක් කිරීමට ඉඩ සලසයි. තාප ප්රවාහයකින් තොරව තාප එන්ජිමකට කාර්යයක් කළ නොහැක. මේ අනුව, අපට ආබාධයේ ප්රමාණය සහ කාර්යය ඉටු කිරීමේ හැකියාව අතර සම්බන්ධතාවයක් ඇති කර ගත හැකිය. එකම උෂ්ණත්වයට ළඟා වූ පසු, උණුසුම් වස්තුවේ සිට සීතල වස්තුව දක්වා තවත් තාප ප්රවාහයක් නොමැත (අක්රමිකතාව වැඩි වේ). තාප ප්රවාහයක් නොමැතිකම තාප එන්ජිමක් කාර්යය ඉටු කිරීමෙන් වළක්වන බැවින්, කාර්යය ඉටු කළ නොහැකි පද්ධතියකට ඉහළ ආබාධයක් ඇති බව අපට පැවසිය හැකි අතර, කාර්යය ඉටු කළ හැකි පද්ධතියකට අඩු ආබාධයක් ඇත...
මෙම ප්රතිඵල වලින්, ශක්ති ආකාර සහ අක්රමිකතා මිනුම අතර සම්බන්ධතාවය පිළිබඳව අපට නිගමනවලට එළඹිය හැකිය. මූලික වශයෙන්, වැඩ කිරීමට භාවිතා කළ හැකි ශක්ති ආකාරය විභව ශක්තියයි. ජලයේ ගුරුත්වාකර්ෂණ විභව ශක්තිය ටර්බයිනයක් චලනය කිරීමට භාවිතා කළ හැකිය. තෙල්වල ඇති රසායනික විභව ශක්තිය වාහනයක් චලනය කිරීමට භාවිතා කළ හැකිය. අපගේ ශරීරවල ඇති රසායනික විභව ශක්තිය වැඩ කිරීමට, ගමන් කිරීමට, අධ්යයනය කිරීමට භාවිතා කළ හැකිය... අඹ ගෙඩියක ගුරුත්වාකර්ෂණ විභව ශක්තිය නිවසක වහලයේ කාන්දුවක් අලුත්වැඩියා කිරීමට භාවිතා කළ හැකිය 😉 වැඩ කිරීමට ප්රයෝජනවත් ශක්ති ආකාර භාවිතා කළ හැකි නිසා, ප්රයෝජනවත් ශක්ති ආකාර වඩාත් පිළිවෙලට ඇති බවත්, නිෂ්ඵල ශක්ති ආකාර වඩාත් අක්රමික බවත් අපට පැවසිය හැකිය. නිෂ්ඵල ශක්ති ආකාර අභ්යන්තර ශක්තිය සහ තාපය වේ... බිම වැදීමෙන් පසු, අඹ නැවත කිසිදා ඉහළට ලිස්සා නොයන්නේ අභ්යන්තර ශක්තිය චාලක ශක්තිය බවට පරිවර්තනය වන බැවිනි...
අපි පොත තල්ලු කළ පසු, පොත චලනය වේ. ඝර්ෂණය පැවතීම පොත චලනය නතර කරයි... මෙම අවස්ථාවේ දී, පොතේ චාලක ශක්තිය තාපය බවට වෙනස් වී ඇත (ඝර්ෂණය හේතුවෙන් තාපය ඇති වේ). යථාර්ථයේ දී, තවමත් පොත අප දෙසට ආපසු ලිස්සා නොයන්නේ තාපය චාලක ශක්තිය බවට වෙනස් වී ඇති බැවිනි... මෙම උදාහරණ දෙකෙන් පෙන්නුම් කරන්නේ තාපය නිෂ්ඵල ශක්ති ආකාර දෙකක් බවයි. වැඩ කිරීමට නිෂ්ඵල ශක්ති ආකාර භාවිතා කළ නොහැක. මේ අනුව, තාපය සහ අභ්යන්තර ශක්තිය ඉහළ අක්රමිකතාවයක් ඇති බව අපට පැවසිය හැකිය...
මූලික වශයෙන්, ශක්ති ස්වරූපය, ප්රයෝජනවත් ශක්ති ආකාරයක සිට නිෂ්ඵල ශක්ති ආකාරයක් දක්වා වෙනස් කිරීමේ ක්රියාවලිය සැමවිටම අක්රමිකතාව වැඩි කරයි... ස්ලැන්ග් භාෂාවෙන්, ශක්ති ස්වරූපය වෙනස් කිරීමේ ක්රියාවලියේදී එන්ට්රොපිය සැමවිටම වැඩි වේ... කාලයත් සමඟ එන්ට්රොපිය සැමවිටම වැඩි වන බැවින්, සියලු ප්රයෝජනවත් ශක්ති ආකාර නිෂ්ඵල ආකාර බවට පත්වේ. ශක්ති ස්වරූපය වෙනස් කිරීමේ ක්රියාවලියේදී ශක්තිය සැමවිටම සංරක්ෂණය වනු ඇත, නමුත් පිළිවෙලට ඇති සහ වැඩ කිරීමට භාවිතා කළ හැකි ශක්ති ස්වරූපය අක්රමවත් ස්වරූපයකට වෙනස් වන අතර වැඩ කිරීමට භාවිතා කළ නොහැක...
එන්ට්රොපිය සහ සංඛ්යාලේඛන
මීට පෙර, අපි සාකච්ඡා කළේ එන්ට්රොපිය යනු අක්රමිකතාවයේ මිනුමක් බවයි. සෑම ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලියක්ම අත්යවශ්යයෙන්ම ඉහළ අක්රමිකතාවයකට මග පාදයි. මෙම අදහස වියුක්ත හා අපැහැදිලි බවක් පෙනෙන්නට පුළුවන. එන්ට්රොපිය පිළිබඳ සංකල්පය වඩා හොඳින් තේරුම් ගැනීමට, අපට සංඛ්යානමය ප්රවේශයක් භාවිතා කළ හැකිය. සංඛ්යානමය ප්රවේශයක් භාවිතා කරමින් එන්ට්රොපිය පිළිබඳ සංකල්පය තේරුම් ගැනීම මුලින්ම භාවිතා කළේ ලුඩ්විග් බෝල්ට්ස්මන් (1844–1906) විසිනි.
මෙම ලිපියේ ආරම්භයේ දී, එන්ට්රොපිය යනු පද්ධතියක ක්ෂුද්ර දෘෂ්ටික තත්ත්වය විස්තර කරන ප්රමාණයක් බව පැහැදිලි කරන ලදී. සාර්ව දෘෂ්ටික තත්ත්වයන් විස්තර කරන ප්රමාණ සෘජුවම දැනගත හැකි නමුත්, ක්ෂුද්ර දෘෂ්ටික තත්ත්වයන් විස්තර කරන ප්රමාණවලට එය දැනගත නොහැක. ක්ෂුද්ර දෘෂ්ටික තත්ත්වය තේරුම් ගැනීමට, අපට සාර්ව දෘෂ්ටික සහ ක්ෂුද්ර දෘෂ්ටික තත්ත්වයන් අතර සම්බන්ධතාවය පරීක්ෂා කළ හැකිය.
ඔබ ළඟ රුපියල් සියයක කාසියක් තිබේද? රුපියල් සියයක කාසියක පැති දෙකක් ඇත: එක් පැත්තකින් ගරුඩ කුරුල්ලෙකු නිරූපණය වන අතර අනෙක් පැත්තෙන් රුපියල් 100 යන වචනය නිරූපණය වේ. ඉතින්, උදාහරණයක් ලෙස, ඔබ සතුව රුපියල් හාරසිය කාසි තිබේ නම්... ඔබ රුපියල් හාරසිය කාසි බිමට විසි කළහොත්, එක් විසි කිරීමකින් වෙනස් ප්රතිඵල පහක් ලැබෙනු ඇත:
පළමුව, ගරුඩ පක්ෂියාගේ සියලුම රූප දිස්වේ (රූප 4);
දෙවනුව, ගරුඩ පක්ෂියාගේ පින්තූර 3ක් දිස්වේ, රුපියල් සියයක ලිවීමක් 1ක් (පින්තූර 3ක්, ලිවීමක් 1ක්);
තෙවනුව, ගරුඩ පක්ෂියාගේ රූප 2 ක් දිස්වේ, වචන 2 ක් රුපියල සියයක් (රූප 2, වචන 2);
හතරවනුව, ගරුඩ කුරුල්ලෙකුගේ රූපයක් දිස්වේ, රුපියල සියයක් වචන 3ක් දිස්වේ (රූප 1ක්, වචන 3ක්);
පස්වනුව, රුපියා සියය යන වචන දිස්වේ (වචන 4)...
අපි මෙම විය හැකි රූප හෝ ලේඛන පහ සාර්ව දෘෂ්ටි තත්වයන් ලෙස හඳුන්වමු (සාර්ව = විශාල). අනෙක් අතට, අපි කාසි හතර රූප හෝ ලේඛන ලෙස නිරූපණය කරන්නේ නම්, අපි ක්ෂුද්ර තත්වයන් (ක්ෂුද්ර = කුඩා) ප්රකාශ කරමු.
එක් විසි කිරීමකදී, හැකි අන්වීක්ෂීය අවස්ථා 16 ක් ඇත (සෑම කාසියකටම අවස්ථා දෙකක් ඇත. කාසි හතරකට අවස්ථා 16 ක් ඇත = 2 x 2 x 2 x 2 = 2 4 = 16). විශාලතම සම්භාවිතාව වන්නේ පින්තූර 2 ක් සහ ලේඛන 2 ක් දිස්වීමයි (මුළු අන්වීක්ෂීය අවස්ථා 16 න් හැකි අන්වීක්ෂීය අවස්ථා 6 ක් ඇත - 6/16 x 100% = 37,5%). අනෙක් අතට, කුඩාම සම්භාවිතාව වන්නේ පින්තූර 4 ක් හෝ ලේඛන 4 ක් දිස්වීමයි (එක් එක් විය හැකි අන්වීක්ෂීය අවස්ථා 1 ක් ඇත - 1/16 x 100% = 6,25%). අප මෙහි සාකච්ඡා කරන්නේ අවස්ථාව හෝ සම්භාවිතාව පමණි... අපි කාසි 16 වතාවක් විසි කළහොත්, පින්තූර 2 ක් සහ ලේඛන 2 ක් 6 වතාවක් දිස්වන බව නිශ්චිත නැත. නමුත් අපි කාසි දහස් වාරයක් විසි කළහොත්, පින්තූර 2 ක් සහ ලේඛන 2 ක් දිස්වීමේ සම්භාවිතාව 37,5% ට ළඟා විය හැකිය.
ඒක ඔප්පු කරන එක හොඳයි... කරුණාකර රුපියල් හාරසියයක කාසි 100 වතාවක් (හැකි නම් 1000 වතාවක්) විසි කරන්න. ලබාගත් දත්ත එක විසි කිරීමකින් සටහන් කරන්න... කාසි 100 වතාවක් විසි කිරීමෙන් පසු, ඔබට බොහෝ විට රූප 2 ක් සහ ලේඛන 2 ක් දිස්වන බව ඔබට පෙනෙනු ඇත. විසි කිරීමේ ගණන වැඩි වන තරමට, රූප 2 ක් සහ ලේඛන 2 ක් ලබා ගැනීමේ සම්භාවිතාව මුළු විසි කිරීමේ ගණනින් 37,5% ට ළඟා වේ.
මීට පෙර අපි කාසි 4 ක් පමණක් බැලුවෙමු. අපි කාසි ගණන වැඩි කළහොත් ක්ෂුද්ර තත්ව ගණන වැඩි වේ. උදාහරණයක් ලෙස, අපට කාසි 100 ක් ඇත... එක් වරක් විසි කිරීමේදී, හැකි ක්ෂුද්ර තත්ව 2 100 = 1,27 x 10 30 ක් ඇත... විශාලතම සම්භාවිතාව වන්නේ පින්තූර 50 ක් සහ ලේඛන 50 ක් දිස්වීමයි (මුළු ක්ෂුද්ර තත්ව 1,27 x 10 30 න් 1,01 x 10 29 ක් විය හැකිය). අනෙක් අතට, කුඩාම සම්භාවිතාව වන්නේ පින්තූර 100 ක් හෝ ලේඛන 100 ක් දිස්වීමයි (එක් එක් ක්ෂුද්ර තත්ව 1,27 x 10 30 න් 1 ක් පමණක් විය හැකිය). ඉතා කුඩා සහ පාහේ කළ නොහැකි... අපට කාසි 1000 ක් තිබේ නම්, පින්තූර 1000 ක් හෝ ලේඛන 1000 ක් දිස්වීමේ සම්භාවිතාව ඇත්ත වශයෙන්ම ඊටත් වඩා කුඩා වන අතර වැඩි වැඩියෙන් කළ නොහැකි ය.
මෙය එන්ට්රොපි සංකල්පයට සම්බන්ධ කිරීම සඳහා, අපට උපකල්පනය කළ හැක්කේ සියලුම රූප හෝ සියලුම පෙළ පිළිවෙලට සකස් කර ඇති බවත්, රූපවලින් අඩක් සහ පෙළෙන් අඩක් අක්රමවත් සකස් කර ඇති බවත්ය. කාසි ගණන වැඩි වන තරමට, පිළිවෙලට සකස් කර ඇති සැකැස්මක් (සියලුම රූප හෝ සියලුම පෙළ) ලබා ගැනීමේ සම්භාවිතාව හෝ අවස්ථාව කුඩා වන අතර එය පාහේ කළ නොහැකි දෙයක් බවට පත්වේ. අනෙක් අතට, අක්රමවත් සැකැස්මකට (රූපවලින් අඩක් සහ පෙළෙන් අඩක්) බොහෝ වැඩි සම්භාවිතාවක් හෝ අවස්ථාවක් ඇත. මෙම ප්රතිඵලයෙන් පෙනී යන්නේ අක්රමිකතාව සම්භාවිතාවට සමීපව සම්බන්ධ බවයි. වඩාත්ම ඉඩ ඇති තත්වය අක්රමවත් තත්වයක් වන අතර, වඩාත්ම අසම්භාව්ය තත්වය පිළිවෙලට සකස් කර ඇති තත්වයකි.
අප කලින් සාකච්ඡා කළ තාප ගති විද්යාවේ දෙවන නියමයේ සාමාන්ය ප්රකාශයේ සඳහන් වන්නේ, ආපසු හැරවිය නොහැකි සෑම ක්රියාවලියකදීම එන්ට්රොපිය හෝ අක්රමිකතාව සෑම විටම වැඩි වන බවයි. තාප ගති විද්යාවේ දෙවන නියමයේ මෙම ප්රකාශය සම්භාවිතා ප්රකාශයක් ලෙස තේරුම් ගත හැකිය. මෙයින් අදහස් කරන්නේ විශ්වයේ සිදුවන සෑම ක්රියාවලියක්ම විශාලතම සම්භාවිතාව හෝ අවස්ථාව ඇති බවයි. තාප ගති විද්යාවේ දෙවන නියමය සෑම ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලියකදීම එන්ට්රොපිය අඩුවීම තහනම් නොකරයි, නමුත් සම්භාවිතාව ඉතා කුඩාය, පාහේ කළ නොහැක්කකි. අනෙක් අතට, එන්ට්රොපිය වැඩි වීමකට වඩා විශාල සම්භාවිතාවක් ඇත. අප කලින් පරීක්ෂා කළ සත ගණන 100 ක් පමණි ... යථාර්ථයේ දී, 6,02 x 1023 අණු... මෙය ඉතා විශාල සංඛ්යාවකි. මෙම සංඛ්යාවේ ඇති විය හැකි අන්වීක්ෂීය තත්වයන් ඇත්ත වශයෙන්ම ඉතා විශාල බැවින්, ඕනෑම අනුපිළිවෙලකට ඉතා කුඩා, පාහේ කළ නොහැකි, අවස්ථාවක් තිබේ...
අපි වීදුරුවක් බිම හෙළුවොත්, බිම විසිරී ඇති වීදුරු කැබලි නැවත එකතු වී පෙර පරිදිම සම්පූර්ණ වීදුරුවක් සෑදිය හැකිය. නමුත් මෙය සිදුවීමේ සම්භාවිතාව ඉතා කුඩා බැවින් එය කළ නොහැක්කකි... වීදුරුව තවමත් නොවෙනස්ව පවතින විට, අණු වල පිහිටීම වඩාත් පිළිවෙලට පවතී. වීදුරු කැබලි බිම විසිරී යන පරිදි කැඩී යන තෙක් වීදුරුව වැටෙන විට, අණු වල පිහිටීම අක්රමවත් වේ. පිළිවෙලකට නැවත පැමිණීමේ අවස්ථාව ඉතා කුඩා බැවින් වීදුරු අණු නැවත රැස් වනු ඇතැයි අපේක්ෂා කළ නොහැක. අපි උණුසුම් වස්තුවක් සහ සීතල වස්තුවක් ස්පර්ශ කළහොත්, උණුසුම් වස්තුවේ සිට සීතල වස්තුවට තාපය තනිවම ගලා යයි... උණුසුම් වස්තූන්ට අහඹු ලෙස සහ ඉක්මනින් චලනය වන අණු ඇත, අනෙක් අතට සීතල වස්තූන් සෑදෙන අණු වල චලනය ඉතා වේගවත් නොවේ. මෙම වේගයෙන් චලනය වන අණු එකිනෙක ගැටීමට හෝ සීතල වස්තුවට හරස් වීමට ඇති අවස්ථාව සෙමින් චලනය වන අණු වලට වඩා බෙහෙවින් වැඩිය... වේගවත් කෙනෙකුට එය ලැබේ 😉 තාපය සීතල වස්තුවක සිට උණුසුම් වස්තුවකට ගමන් කළ හැකි නමුත් මෙය සිදුවීමේ අවස්ථාව බෙහෙවින් අඩුය.
ඉහත නිදර්ශනයේ නිල් සහ රතු කිරිගරුඬ ඒවායේ මුල්, නිතිපතා සැකැස්මට නැවත පැමිණිය හැකිය. නමුත් පිළිවෙලට සැකැස්මකට නැවත පැමිණීමේ අවස්ථාව බෙහෙවින් කුඩාය. අක්රමවත් සැකැස්මකට බොහෝ වැඩි අවස්ථාවක් ඇත. ඒ හා සමානව, සංවෘත භාජනයක වායුව අත්විඳින නිදහස් ප්රසාරණය. කන්ටේනරයට කුටි දෙකක් ඇති අතර, එහිදී කුටි දෙක බාධකයකින් වෙන් කරනු ලැබේ. මුලදී, වායුව වම් කුටියේ ඇත. බාධකය ඉවත් කළ විට, වායු අණු දකුණු කුටියට ඇදී එනු ඇත. දකුණු කුටිය හිස් වන අතර, වම් කුටියේ අහඹු ලෙස චලනය වන අණු අඩංගු වේ. බාධකය ඉවත් කළ විට, අණු හිස් කුටියට ඇතුළු වීමට ඉහළ අවස්ථාවක් තිබේ. කුටි දෙකක් ඇති බහාලුමේ මුළු පරිමාවම අණු පුරවා ගත් පසු, සියලුම අණු නැවත වම් කුටිය පුරවා ගත හැකිද? එය කළ හැකි නමුත් සම්භාවිතාව ඉතා කුඩාය. එක් මවුලයක පමණක් 6,02 x 1023 අණු... සියලුම අණු වම් අත අවකාශයේ තිබීමේ සම්භාවිතාව මිලියනයකට 1 කි. මිලියනයකට එකක් යනු ඉතා කුඩා හා පාහේ කළ නොහැකි සම්භාවිතාවකි...
තාප ගති විද්යාවේ දෙවන නියමය අපට පවසන්නේ විශ්වයේ සිදුවන සෑම ක්රියාවලියක්ම වඩාත්ම ඉඩ ඇති ක්රියාවලිය බවයි. ස්වභාවධර්මයේ ක්රියාවලියක් (ඉහළ එන්ට්රොපිය දෙසට) ඉදිරියට යන දිශාව අහම්බෙන් හෝ සම්භාවිතාව අනුව තීරණය වේ... අක්රමිකතාවයක් සිදුවීමේ සම්භාවිතාව බෙහෙවින් වැඩි වන අතර එම නිසා එය සිදුවීමට ඇති ඉඩකඩ වැඩිය...
එන්ට්රොපිය = කාලයේ ඊතලය
එන්ට්රොපිය කාලයෙහි ඊතලය ලෙසද හඳුන්වනු ලබන්නේ එය කාලය ගත වන දිශාව අපට පවසන බැවිනි. සෑම ස්වාභාවික ක්රියාවලියකම දිශාව අක්රමිකතාව දෙසට ය. ප්රතිවිරුද්ධ දෙය, එනම් අක්රමිකතාවම පිළිවෙලට හැරෙන ආකාරය අපි නිරීක්ෂණය කළහොත්, සිදුවීම ආපසු හැරවූ බව අපට පැවසිය හැකිය. බිම විසිරී ඇති වීදුරු කැබලි නැවත එක්රැස් වී නැවත සම්පූර්ණ වීදුරුවක් සාදනු අපි දුටුවහොත්, සිදුවීම ආපසු හැරවූ බව අපට පැවසිය හැකිය. මෙය අපගේ දෛනික ජීවිතයේදී කිසි විටෙකත් සිදු නොවන අතර, එසේ වුවහොත්, එය තාප ගති විද්යාවේ දෙවන නියමය උල්ලංඝනය කරනු ඇත. මෙම අවස්ථාවේ දී, කාලය කිසි විටෙකත් පසුපසට ගමන් නොකරන අතර අක්රමිකතාව කිසි විටෙකත් ස්වයංක්රීයව පිළිවෙලට වෙනස් නොවේ. අපගේ ජීවිතයේ වඩාත්ම ඉඩ ඇති සහ නිරන්තර සිදුවීම නම් පිළිවෙල සැමවිටම අක්රමිකතාව දෙසට ගමන් කිරීමයි; කාලය සැමවිටම පසුපසට නොව ඉදිරියට ගමන් කරයි. මහලු පුද්ගලයෙකු ළදරුවෙකු බවට පත් වුවහොත්, අපි මෙය අසාමාන්ය සහ තාප ගති විද්යාවේ දෙවන නියමය උල්ලංඝනය කිරීමක් ලෙස සලකමු.
