مشاوره رایگان تحصیلی
منو

آنتروپی از دیدگاه ترمودینامیک آماری

+ 103
رأی شما
- 31

دو حباب شیشه ای را در نظر بگیرید که به همدیگر متصلند. اگر یک مول از گاز ایده آل (بدون نیروهای بین مولکولی) به درون این حبابها تزریق شود، از لحاظ کلاسیک تنها یک حالت با حداکثر آنتروپی را می توان تصور کرد. یعنی پخش یکسان تمام مولکولها در هر دو حباب با فشار و دمای یکسان در تمام نقاط.

اکنون با دیدگاه ترمودینامیک آماری فرض کنید مثلا یک مولکول از گاز ایده آل را به درون این حبابها تزریق می کنیم. احتمال اینکه این مولکول در حباب چپ یا راست قرار بگیرد چقدر است؟ پاسخ ساده است: یک دوم. اگر تعداد مولکولها را به دو برسانیم، چه احتمالی دارد هر دو مولکول در حباب راست جا بگیرند؟ یک چهارم، یعنی یک دوم به توان ۲٫ به همین ترتیب برای یک مول از این مولکولها چه احتمالی وجود دارد، تمام آنها در حباب راست قرار بگیرند؟ یک دوم به توان عدد آووگادرو! این احتمال بسیار بسیار کوچک و نزدیک به صفر است. شبیه احتمال تایپ دیوان حافظ توسط یک میمون!

در علوم مختلف بسته به نوع کاربرد آنها معمولا حدی از احتمالات کوچک را برابر با صفر در نظر می گیرند. در ترمودینامیک آماری به خاطر سر و کار داشتن با تعداد خیره کننده از اتمها و مولکولها، اگر چه هر احتمالی وجود دارد، اما بسیاری از آنها به سمت صفر میل می کند و بدینگونه پیش بینی های ترمودینامیک آماری با کلاسیک یکسان می شود. در نظریه کلاسیک با قاطعیت بیان می شود که آنتروپی یک سیستم منزوی هیچگاه کاهش نمی یابد، اما در ترمودینامیک آماری احتمال کاهش آنتروپی وجود دارد، اما بسیار کوچک است. اگر شما به تعداد آووگادرو از حبابهای مذکور داشته باشید، در یکی از آنها یک مول گاز در یکی از حبابها قرار دارد. پس همین قدر بدانید که در دنیای ترمودینامیک آماری، احتمال جهش خود به خودی یک سنگ به سمت بالا، جدا شدن اکسیژن و قرار گرفتن آن در یک نیم کره زمین، ترمیم خود به خودی یک لیوان شکسته به حالت اولیه خود و حتی تبدیل یک سگ به میمون و نظیر چنین رخدادهایی صفر نیست!

البته در زندگی معمولی بر روی کره بسیار محدود زمین، نگران چنین احتمالاتی نباشید. زمانی این احتمالات در نظر گرفته می شود که شما با یک جهان تقریبا بی نهایت سروکار داشته باشید. مثلا از لحاظ تحلیلی می توان گفت در یک جهان بسیار وسیع که حتی از لحاظ آنتروپی به حداکثر رسیده، چنین احتمالی هست که در یک گوشه آن آنتروپی کم شده و دنیای ما با کهکشانهایش ، دستگاه خورشیدی، زمین و انسانها به وجود آید و آنگاه به سمت افزایش آنتروپی پیش رود! شبیه همان حبابهای استثنایی که تمامی گاز در حباب راست قرار می گیرد و اکنون با افزایش آنتروپی، گاز به سمت حباب چپ جریان پیدا می کند و موجودات زنده تا زمان مرگ حرارتی، از این جریان گاز و انرژی با کیفیت برای زندگی و بقای خود استفاده می کنند.

در ترمودینامیک آماری نیز جهان با افزایش آنتروپی رو به روست ، چون احتمال آن خیلی بیشتر است. احتمال بی نظمی از نظم خیلی بیشتر است. ۱۰ کارت با شماره های یک تا ۱۰ در نظر بگیرید، اگر نظم را ردیف شدن کارتها از یک تا ۱۰ در نظر بگیریم، احتمال اینکه پس از اختلاط تصادفی چنین نظمی حاصل شود، بسیار کم است. خودتان حساب کنید! احتمال اینکه مدار یک سیاره دایره باشد، در میان انبوهی از احتمال مدارهای بیضی خیلی کوچک است! مثالهای انبوهی وجود دارد که همگی به این نتیجه ختم می شود : حالتی از سیستم که احتمال بیشتری دارد، دارای آنتروپی بیشتری است.

موفقیت نظریه های آماری در رفتار گازها (نظریه جنبشی گازها) در ترمودینامیک آماری به اوج می رسد. بحثی که قبلا به آن پرداختیم با توضیح تخصصی تر اینگونه بیان می شود که در یک ماکرو سیستم ، آنتروپی متناسب با تعداد روشهای ذخیره انرژی یا تعداد حالتهایی است که آن سیستم می تواند داشته باشد. بهتر است با یک مثال ساده این موضوع را باز کنیم. سیستمی حاوی دو ذره Aو B با ترازهای انرژی Eرا در نظر بگیرید. اگر سیستم ۲E انرژی داشته باشد به ۳ روش می تواند انرژی خود را ذخیره کند. در روش اول Aو B در تراز E قرار می گیرند. در دوحالت بعدA یا B در تراز۲E قرار می گیرد. اگر انرژی سیستم مثلا باافزایش دما به۳Eافزایش یابد، سیستم به ۴ روش قابلیت ذخیره انرژی را داراست.(این ۴ روش کدامند؟) بنابراین آنتروپی افزایش یافته است. یعنی شبیه همان ترمودینامیک کلاسیک که افزایش دمای سیستم باعث افزایش آنتروپی می شود.

به همین ترتیب در هر دو نظریه، افزایش حجم سیستم مذکور باعث افزایش آنتروپی می شود. افزایش حجم یا انبساط گاز ایده آل، طبق معادله ذره در جعبه En = n2h2/8ma2باعث نزدیک تر شدن ترازهای انرژی جنبشی به یکدیگر شده و روشهای ذخیره انرژی را افزایش می دهد.. به عبارت ساده تر هر چه اختیارات یا آپشنهای یک سیستم بیشتر شود، آنتروپی آن نیز افزایش می یابد! ظاهرا نظم با آزادی در حد از هم گسیختگی هم راستا نیست! ( وای به حال سیستمهایی که نه نظم دارند و نه آزادی!) با این حال یک موجود زنده تعادلی است میان نظم و بی نظمی. اگر بدن خود ما بسوزد، بی نظم تر می شود و اگر یخ بزند منظم تر می گردد، اما هر دو حالت یک معنا دارد: مرگ!

ترمودینامیک آماری خیلی مفصل تر از بحث بالاست. متاسفانه در این پست نمی توان بیش از این به آن پرداخت. امیدوارم دوستان کنجکاو پی گیر این بحث عمیق و جالب باشند. حداقل برای تمرین، برخی موارد که در نظریه کلاسیک با افزایش آنتروپی همراه است را پیدا کنید و سعی کنید با شیوه آماری به توضیح آنها بپردازید. چرا گازها مخلوط می شوند؟ چرا با تبدیل نور سفید خورشید به مادون قرمز، آنتروپی افزایش می یابد؟ چرا با شکستن یک لیوان آنتروپی زیاد می شود؟ چه ارتباطی میان احتمالات و خاصیت کشسانی وجود دارد؟ آیا در سیاهچاله ها آنتروپی کاهش می یابد؟ در حرکت براونی چطور؟

نویسنده : احمد مصدر- عضو پیوسته بیگ بنگ

bigbangpage.com

+ 103
رأی شما
- 31



www.HUPAA.com
مشاوره رایگان تحصیلی
ویدیو کلیپ علمی
محک
● مقالات فیزیک
● اخبار فیزیک
● مطالب پربیننده
● مجله علمی
● کوانتوم و فیزیک جدید
● الکترومغناطیس
● نظریات ایرانی
● نجوم و اخترفیزیک
● فلسفه و متافیزیک
● نانوتکنولوژی
● برق و الکترونیک
● هواشناسی و فیزیک جو
● فیزیک نور و اپتیک
● مکانیک و ترمودینامیک
● مطالب متفرقه
● معرفی کتاب
● دانشمندان
● فیزیک در ایران
● سایتهای فیزیک انگلیسی
● سایتهای فیزیک فارسی
● دانلود نرم افزار
● تصاویر دیدنی
● پزشکی و سلامت
امکانات
● خانه
● انجمن فیزیکدانان جوان ایران
● چت روم هوپا
● درباره ما
● سفارش آگهی
● تماس با ما
● عضویت در انجمن
● ورود
● RSS
آگهی های متنی
● ادامه تحصیل در مالزی
● دانشگاه های مالزی
● سعيد سيوف جهرمي
● هر آنچه می خواهید
● مجله پزشکی
● توصیه های پزشکی
● پس از باران
● انجمن علمی فیزیک پیام نور
● دانلود کامل
● سایت گردشگری آنوبانی نی
● جاویدان
● سنگ شکن
● آگهی رایگان
● ایتکا
● پزشکی
● مجله علمی
● پی سی گیمرز
● موسسه پروفسور حسابی
● میهن کمپ
● پی سی وبلاگ
● کتاب هفته
● دهکده فضایی
● ایران حافظ
● Airgo Design
● دکتر علی افضل صمدی
عضویت در خبرنامه
ایمیل :
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
پزشکی و سلامت
مشاوره رایگان تحصیلی
بیگ بنگ
آخرین گفتگوها در انجمن
زمین در چند سال آینده ممکن است شاهد گرمای غیرعادی باشد (0 پاسخ)
جنس زمان از چیست؟ اصلا زمان چیست؟ (219 پاسخ)
قرقره (7 پاسخ)
اثر افت سطح مقطع روی حرکت سیال (2 پاسخ)
مقاومت صفر و باتری (1 پاسخ)
آینده شغلی رشته فیزیک (1 پاسخ)
کاهش انرژی بار در مدار (0 پاسخ)
تحلیل ساختار عددی موجود در قضیه آخر فرما (0 پاسخ)
میدان در داخل رسانا (3 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (974 پاسخ)
تصویر های دانشیک (92 پاسخ)
سینماتیک سطح شیبدار (8 پاسخ)
رشته فیزیک در دانشگاه و انتخاب رشته کنکور (0 پاسخ)
یادگیری ریاضیات مورد نیاز در فیزیک (2 پاسخ)
به سه دلیل ماده تاریک وجود ندارد (2 پاسخ)
به نظر شما انرژی از چه چیزی بوجود آمده است؟ (4 پاسخ)
سوالی در نسبیت خاص رزنیک (16 پاسخ)
مشکل دهم ثانیه تایمر (3 پاسخ)
کار و انرژی جنبشی (4 پاسخ)
توابع غربال گر اعداد در شناسایی و تولید اعداد اول (3 پاسخ)
نظریه اعداد و فلسفه اعداد طبیعی (15 پاسخ)
فیزیک و بلاکچین (3 پاسخ)
سفید چاله ها (1 پاسخ)
در زمان نمی توان سفر کرد (61 پاسخ)
تاثير ميدان هاي الکتريکي و مغناطيسي بر نور (29 پاسخ)
ماهیت مغناطیس (17 پاسخ)
کولر آبی در مناطق شرجی (4 پاسخ)
چرا انرژی درونی گاز ایده آل فقط تابع دماست؟ (5 پاسخ)
مقالات ثبت اختراع و شرکت (9 پاسخ)
مرجع 0 تا 100 زبان C به همراه آموزش (13 پاسخ)
رابطه جوشیدن و فشار بخار (14 پاسخ)
ایراد معادله پیوستگی (39 پاسخ)
تحلیل ابعادی توابع برداری (6 پاسخ)
یک سوال از انتقال حرارت (2 پاسخ)
نیروی وارد بر قاعده از طرف آب (7 پاسخ)
خازن (1 پاسخ)
ترکیب نورها (1 پاسخ)
نانوتکنولوژی و کاربردهای آن (0 پاسخ)
خازن (0 پاسخ)
شوخي و فكاهي در رياضيات و فيزيك (515 پاسخ)
ادامه زندگی سلولی هنریتا لکس دهه‌ها بعد از مرگش (0 پاسخ)
اجزاء تشکیل دهنده یک ستاره (1 پاسخ)
فیزیک محدودیت دارد و جادوگری نیست (18 پاسخ)
تصاویر نجومی (1963 پاسخ)
بیا تو سوال بپرس (217 پاسخ)
محاسبه لگاریتم (41 پاسخ)
تفاوت کولن و بار بنیادی الکترون (0 پاسخ)
مدل سازی سلف با حل معادلات میدان (1 پاسخ)
R به توان R (17 پاسخ)
جـنـگنـده ها و اســلحــه های بــرتــر (105 پاسخ)
بینایی انسان به صورت فریم به فریم هست یا به صورت پیوسته؟ (3 پاسخ)
با بازگشت به گذشته اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مردود می شود (6 پاسخ)
آیا برای اشتعال صرفاً باید اکسیژن وجود داشته باشه؟ (3 پاسخ)
تبادل گراویتون بین جسم و زمین (5 پاسخ)
راکتور مینیاتوری arc (0 پاسخ)
زمین تخت گرایان (105 پاسخ)
مشاهده چرخش ماه به دور خودش (7 پاسخ)
چرا رنگ آسمان مریخ معکوس زمین است؟ (5 پاسخ)
سوال جواب بده و بپرس (498 پاسخ)
ماده تاریک (2 پاسخ)
مقالات فیزیک
ربات‌های حشره‌ای در مسابقات رباتیکجهانی شرکت خواهند کرد.
چرا اورانوس محوری شیب‌دار دارد؟
تاثیر هرم بزرگ جیزا در مواجهه با امواج الکترومغناطیس
عاملی اقیانوسی در ذوب شدن یخچال‌های طبیعی
کشف نوع تازه‌ای از سلول ریوی
بارش‌شهابیِ ویژه‌ی جشن تولدتان را سفارش دهید!
نگاه هابل به اعماق کیهان با کمک عدسی گرانشی
پایان انتظار طولانی برای انرژی فیوژن
نابینایی برای این ربات چیتا مشکلی نیست.
اکسیر ضدپیری در دست دانشمند ایرانی
ستاره‌شناسان اولین فوران انبوه ستاره‌ای را ثبت کردند.
چگونه می‌توان گیاهخوار شد؟
بخشی از پیشرفت تحصیلی فرزاندان‌تان ژنتیکی است!
حاشیه‌ی کهکشان‌ها دامی برای سیاهچاله‌ها
سازمان جهانی بهداشت علیه مارها قطعنامه صادر کرد!
مارمولک پلنگی قادر است سلوهای مغزیِ جدید تولید کند!
خوب بخوابید تا افسرده نشوید!
جستجوی حیات در سیارات فراخورشیدی
برای پی بردن به شخصیت یک فرد به حرکات چشمش نگاه کنید.
مشاهده‌ی خورشیدگرفتگی در سیاره‌ی اورانوس
پاسخ به ۲۲ سوالی که شاید ذهن شما را مشغول خود کند!
سال ۲۰۱۹ می‌توانید خودروی پرنده‌ی خود را بخرید!
آلودگی بر رفتار حیوانات چه تاثیری می‌گذارد؟
TESS اسلحه‌ی جدید ناسا برای شکار سیاره‌های فراخورشیدی
زندگی در مجاورت فضاهای سبز افسردگی را کاهش می‌دهد.
نسل جدید باتری‌های جریانی با استفاده از فلز مایع
شاید ما در مورد منشاء آتشفشان یلواستون اشتباه کرده باشیم.
گلوکز، عاملی برای تقویت حافظه در زمان پیری
تصویر زیبای هابل از همزاد کهکشان راه‌شیری
کودکان از چه سنی می‌توانند برای آینده برنامه‌ریزی کنند؟
ادامه ...
اخبار فیزیک
یافته های تازه دانشمندان ممکن است سفر در زمان را غیرممکن کند!
نگاهی به دوردست‌های کیهان به کمک یک خوشه کهکشانی غول‌پیکر
سنجش ذرات در کیهان اولیه
پیش‌بینی جرم ذره «هیگز» توسط سیمپسون‌های کارتونی 14 سال قبل از سرن!
فریب فوق‌العاده نور توسط محقق ایرانی
طراحی پای مصنوعی دارای سیستم بینایی توسط دانشمندان ایرانی
حل یک مساله سی‌ساله فیزیک شبیه‌سازی مواد ابررسانا با اتم‌های فوق سرد با همکاری فیزیکدان ایرانی
مخترع لیزر چارلز تاونز در 99 سالگی درگذشت
حل معماهای فیزیک در آزمایشگاه‌های ارزان بجای شتاب‌دهنده‌! مشاهده حالت بوزون هیگزی در ابررسانا برای نخستین بار
سه ایرانی در میان 100 نفر کاندیدای نهایی سفر بی بازگشت به مریخ
آمادگی برخورددهنده بزرگ هادرونی برای کشف یک ذره جدید
مشاهده پیوند شیمیایی اتم‌ها و تشکیل مولکول برای نخستین‌بار
کشف عجایب حبابی با سی‌تی اسکن درون یک ابرنواختر
لوح انجمن جهانی نفرولوژی به «پدر علم نفرولوژی ایران» اعطا می‌شود
چرا برخی کهکشان‌ها جوانمرگ می‌شوند؟
ادامه ...
مطالب پربیننده
آیا قرار است حیات بر روی زمین با پرتوهای اِتا کارینا از بین برود؟ (0+)
ابداعی برای یادگیری در خودروهای خودران (0+)
درمان زخم‌های مزمن با نواری هوشمند! (0+)
با هر تپش قلب‌، چه اتفاقی در بدن شما می‌افتد؟ (0+)
موجودات فرازمینی شاید در جهانی موازی زندگی کنند! (0+)
آیا جامعه‌ی آماری بزرگ، برای نتایج آزمایش‌ها همیشه مفید است؟ (0+)
چرا باید نگران نابودی جنگل‌های جهان باشیم؟ (0+)
درمان اسکیزوفرنی با کمک ورزش‌های هوازی (0+)
کشف مغناطیسی پُرتلاطم در نزدیکی زمین (0+)
مسابقات ورزشی به قدمت انسان باستان (0+)
ژنوم‌های میتوکندریایی و هسته‌ای همدیگر را تنظیم می‌کنند. (0+)
رویدادهای نجومی مردادماه ۱۳۹۷ (0+)
دانشمندان قدیمی‌ترین رنگ دنیا را کشف کردند. (0+)
به‌چالش کشیدن نسبیت انشتین با تحلیل رفتار این سامانه‌ی ستاره‌ای (0+)
نادیده گرفتن دی‌اکسیدکربن در مدل‌های آب و هوایی چه عواقبی دارد؟ (0+)
ادامه ...