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:
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.
جزوه دستنویس خودم از مریام و بیر جانسن
فرمت:pdf
حجم: 29 مگ
دانلود کنید:جزوه خلاصه استاتیک مریام
جزوه دستنویس خودم
فرمت: pdf
حجم:42 مگ
دانلود کنید:کنترل آریاز و پارسه
مرتبط:
طریقه یافتن زاویه فاز در سیستم های ناکمینه فاز
ﭘنی سیلین
در سال 1928 میلادی الکساندر فلمینگ ﺁزمایشگاهش را بست و برای دو هفته به
تعطیلات رفت اما وقتی به ﺁزمایشگاهش بازگشت دید کل یک ظرف را باکتری
ﭘوشانده و یک حلقه کپک دور ﺁن را گرفته است. او در یافت که این کپک می
تواند با باکتری ها مبارزه کند و اینگونه ﭘنی سیلین را کشف کرد.
چسب خیاطی
در اوایل سال 1950 میلادی یک شخص سوییسی به نام جورج دمسرال در اطراف شهرش
قدم می زد او وقتی به خانه بازگشت دید که گیاهانی چسبناک به لباسش چسبیده
اند. کنجکاوی باعث شد دمسرال ﺁن گیاه را زیر میکروسکوپ بررسی کند و در
نهایت فهمید که این گیاه قلاب هایی دارد که به وسیله ﺁنها به لباس می چسبد،
بدین ترتیب بود که او با شبیه سازی ﺁن گیاه توانست چسب را اختراع کند.
داروی ویاگرا
در سال 1992 میلادی مردی از روستای ولز بر روی سیدنافیل که امروزه آن را به
نام ویاگرا می شناسیم ﺁزمایشاتی انجام داد.این دارو برای پایین ﺁوردن فشار
خون و بهبودی بیماری های قلبی در دست تهیه بود اما او فهمید اﺛر جانبی این
دارو بر روی سیستم جنسی بدن قوی تر است.
ﺁقای جان هاپکینز در سال 1879 شیرین کننده های مصنوعی را در ﺁزمایشگاهش کشف
کرد. او وقتی برای صرف نهار رفت فراموش کرد دستش را بشوید، هنگامی که یک
تکه نان را با دستش برداشت و خورد طعم شیرینی را حس کرد، به همین دلیل حدس
زد که این طعم به خاطر مواد شیمیایی است که در ﺁزمایشگاه روی دستش
باقیمانده، بنابراین به ﺁزمایشگاهش بازگشت و پس از تحقیق شیرین کننده را
کشف کرد که نام ﺁن را ساخارین گذاشت.
وازلین
رابرت 22 ساله در کارخانه روغن سازی پنسیلوانیا کار می کرد، روزی روغن
چسبناکی که روی دستگاههای سنگین جمع می شد توجه او را جلب کرد. همکارانش به
او گفتند که این روغن در بهبود زخم ها و سوختگی ها به ﺁنها کمک می کند، او
نیز یک بار این روغن را امتحان کرد و وازلین کشف شد.
چای
هزاران سال پیش امپراطور چینی به نام شنانگ طبق معمول همیشه ﺁب خوردنش را
در بیرون قصر می جوشاند.یک روز باد می وزید و به دور از چشم او چند برگ چای
از بوته چای نزدیک او داخل ﺁب جوشش افتاد و مدتی باقی ماند. شنانگ ﺁب ظرف
را دور ریخت اما عصاره چای در ظرف باقیمانده بود، از آنجا که او یک گیاه
پزشک بود کمی از ﺁن را از سر کنجکاوی امتحان کرد و بدین ترتیب چای کشف شد.
چیپس سیب زمینی
تابستان سال 1853 در رستورانی در نیویورک یکی از مشتری ها به خاطر ضخامت
زیاد سیب زمینی سرخ شده شاکی شد و ﺁنها را به ﺁشپزخانه برگرداند تا دوباره
درست کنند. سر ﺁشپز جرج کرامز این کار مشتری را بی ادبانه تلقی کرد و برای
جبران کار او سیب زمینی هایی در حد نازکی کاغذ برای او فرستاد، اما او نه
تنها بدش نیامد بلکه چیپس سیب زمینی محبوب نیز از ﺁنجا کشف شد.
شیشه های ایمنی
در سال 1903 یک دانشمند فرانسوی به نام ادوارد بندیکت وقتی داشت از پله ها
بالا می رفت صدای شکسته شدن فلاسک را در راه پله شنید، اما در کمال تعجب
فهمید که قسمتی از شیشه های فلاسک هنوز نشکسته باقی مانده اند. او و
دستیارانش دریافتند که پلاستیک مایعی که در فلاسک بوده شیشه ها را به هم
چسبانده و از ﺁنجا بود کخ ایده ی شیشه های ایمنی شکل گرفت. امروزه این شیشه
در اتومبیل ها کاربرد زیادی دارد.
کلوچه های شکلاتی
در اوایل 1930 راث ویکفیلد در ایالت ماساچوست خواست تا نان های شکلاتی درست
کند و شکلاتهایی را که دوستش اندرو نستله برایش فرستاده بود را خرد کرد و
در خمیر ریخت. او فکر می کرد چون شکلاتها را ذوب نکرده نتیجه ی کارش خوب
نخواهد بود .اما تمام کسانی که کلوچه ها را خوردند بسیار خوششان ﺁمد.
عکس زیر در حالت جمع شده هست برای دیدن عکس در اندازه واقعی و وضوح بالا روی عکس کلیک راست کرده و آنرا ذخیره کنید...