چرا واحد آنتروپی ژول بر کلوین است؟

پیش از جواب یک فراخوان مهم:

اینجا کلیک کنید:تمدید مهلت ثبت نام آزمون ترمو

 اما جواب:

حالت 1: یک فنجان چای داغ حاوی 586 ژول انرژی گرمایی رو در اتاق با دمای 25 درجه سلسیوس قرار میدیم.انتروپی که تولید میشه در محیط برابر 586/298.15 یعنی برابر 2 ژول بر کلوین هست.

حالت 2: همین فنجان چای داغ رو در سردخانه ای بادمای 30- سلسیوس قرار میدیم انتروپی تولیدی در محیط برابر 2.5 ژول بر کلوین هست.

گفتیم انرژی توانایی انجام کار هست و انتروپی انرژی ای هست که کار انجام نداده یا نمیده.

خب تفسیر دو حالت بالا چی میشه طبق این تعاریف؟

خیلی ساده در هر دو حالت به میزان 586 ژول انرژی گرمایی هدر رفته(طبق هدف ما در ترمودینامیک که هدر نرفتن رو معادل انجام دادن کار میدونیم برای انرژی)

اما در حالت دوم میزان بیشتری از استعداد چای داغ برای انجام کار هرز رفته.

با کمی دقت این موضوع روشن میشه:

هرچه قدر شیب از یک منبع بیشتر باشه به سمت منبع دیگه "امکان"(یا همون استعداد) انجام کار(یا دریافت کار) بیشتر میشه.

این شیب میتونه شیب دما باشه یا شیب فشار یا شیب گرانش...مثالی از شیب دما همین فنجون چای داغ هست مثالی از شیب گرانش آبی است که از یک تراز بالاتر مثل کوه به پایین سرازیر میشه مثالی از شیب فشار بادکنکی است که در فضای اتاق کم فشارتر از خودش میترکه...

هرچقدر شیب بین دو منبع بیشتر باشه امکان انجام کار بیشتر میشه...مثلا آبی که از کوه بلندی سرازیر میشه به پایین امکان انجام کار خیلی بیشتری داره تا آبی که مثلا ما توی یک کاسه میریزیم و به پایین سمت کف حیاط سرازیر میکنیم...

در مقابل هرچقدر این "امکان انجام کار" یا به عبارت علمی تر "شیب پتانسیل بین دو منبع" بیشتر باشه و در عین حال هدر هم بره انتروپی بیشتری تولید میشه...یعنی پراکندگی انرژی(هرز رفتگی و بیکاری انرژی) بیشتر میشه و میزان بیشتری از انرژی بی خاصیت رو در فضا میپراکنه...(بی خاصیت باز هم از منظر ترمودینامیک)

بنابرین چای داغ در محیط 25 c توقع انجام کار کمتری ازش میره تا در محیط 30- c بنابرین ما در محیط سردخانه نسبت به اتاق انتروپی بیشتری بدینوسیله تولید میکنیم یعنی نسبت به اتاق نیاز به انجام کار بیشتری داریم تا همون586  ژول گرما رو جمع کنیم از فضای سردخونه با دمای منفی 30 (نسبت به اتاق با دمای 25) و برش گردونیم به چای در فنجون....

در واقع انرژی واژه مفهومیه اما هیچ ترازی به ما نمیده فقط میدونیم انرژی توانایی انجام کاره اما چقدر کار؟ و در موقعیت های مختلف چقدر؟ هیچی نمیدونیم.

اما قانون دوم ترمو با ارایه مفهوم انتروپی این مشکل رو برطرف میکنه...

در واقع ما از فنجان چای داغ در محیط سردخونه با دمای منفی سی درجه توقع انجام کار بیشتری داریم تا در اتاق با دمای 25 درجه سلسیوس...

هرچه شیب پتانسیل بیشتر باشه رفتار طبیعی تر و وحشی تر میشه و اگر این شیب مهندسی بشه رفتار نرم تر و پر بازده تر میشه...

همه فرایند های طبیعی همین شکلی هستند و با همین مدل رفتار میکنند...یه جورایی شبیه همون شخصیه که مدت زیادیه گرسنست و حرص میزنه که زیاد بخوره ولی همین که دو لقمه خورد سیر میشه و دست از غذا میکشه...

بادکنکی که کم باد باشه و ترکونده بشه انتروپی کمتری(انژی هرز رفته و الکی پراکنده شده) تولید میکنه تا بادکنکی که خیلی پر باد باشه و برای برگّردودنش به حالت اول کار کمتری نیازه تا در همون دمای اتاق اون مقدار انرژی از دست رفتشو که طبق قانون اول ترمو معادل گرماست(Q) بش داد... 

اصولا چون پراکندگی انرژی بدون انجام کار در نظر عامه مردم توام با نوعی خرابکاریه تصور بد نسبت به انتروپی بوجود میآد...درحالیکه درست نیست...

فاصله مدار گردش سیارات به دور خورشید در حال کاهش تدریجیه و این به معنی رسیدن انرژی گرمایی با شیب تندتر به زمین(بواسطه کوه های یخ و،،،=مثل اینکه یک تیکه یخ رو هرچه بیشتر به فنجان چای داغ نزدیکتر کنید و نهایتا اونو توی فنجون بندازید) گرم تر شدن زمین و آب شدن کوه یخ ها و از بین رفتن زمین و من و شماست(البته احتمالا صد ها نسل بعد من و شما)

و این به معنی تزریق پیوسته انتروپی(انرژی گرمایی بدون انجام کار ترمودینامیکی) به زمین هست و با این هدف و از این منظر انتروپی بده...

در فرایند های صنعتی هم عموما بده...

در مهندسی پزشکی از انتروپی برای کشتن تومور های سرطانی استفاده میکنن و اونجا خوبه....

وقتی میخوایم لباسا رو اتو کنیم دوست داریم در مرحله آخر گرما به لباس برسه و چروک رو از بین ببره و از گرمای تولید شده انتظار نداریم کار ترمودینامیکی برامون انجام بده! گرچه فضای اتاق رو گرم میکنه و انتروپی میده بش که در تابستونا بده ولی زمستونا خوبه! 

عمل فتوسنتز توسط خورشید یا سوخت و ساز در سلول های بدن ما تقریبا انتروپی خالص تولید میکنند اما بسیار حیاتی و مفیدند...

بنابرین انتروپی واژه بسیار علمی و قشنگیه که حتی وقتی کار ترمودینامیکی هم انجام نمیشه خیلی پرمفهوم و کاربردیه:

وقتی میگیم فلانقدر انتروپی برای نابود کردن فلان تومور سرطانی نیازه یعنی داریم شیب دما رو مشخص میکنیم تا فلانقدر انرژی گرمایی به سلول بدخیم سرازیر بشه...

در پایان به نتیجه قشنگی میرسیم که :

انتروپی=انرژی بیکار

تولید انتروپی=پراکندگی(پخش) انرژی بدون انجام کار ترمودینامیکی

مرتبط:

آنتروپی واقعا چیست؟

در پی نگارش پست آنتروپی واقعا چیست؟

نویسنده متن:حامد یوسفی روشن

امانت داری و اخلاق مداری: 

کپی برداری از این متن با درج لینک مدیریت زمان بلامانع است.