مشاوره رایگان تحصیلی
منو

آنتروپی از دیدگاه ترمودینامیک آماری

+ 77
رأی شما
- 8

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

+ 77
رأی شما
- 8
نظر شما :
● فارسی نویس
نام کاربری :

کلمه عبور :


 تذکر :   تنها اعضای سایت مجاز به ارسال نظر می باشند. جهت عضویت در سایت   اينجـــا   کلیک کنید.




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
اگر توپی را در فضا رها کنیم (6 پاسخ)
قوانین فیزیک (5 پاسخ)
آيا فيزيك يا رياضي رشته گمشده منه‌؟ (4 پاسخ)
چطور میشه دستگاه فرستنده امواج الکترومغناطیس درست کرد؟ (6 پاسخ)
معمای آخرین "عنصر کشف نشده" هسته کره زمین حل شد (0 پاسخ)
شکل موج (17 پاسخ)
مجموعه مقالات عرفان کسرایی (2 پاسخ)
انهدام نسبیت خاص و عام آلبرت اینشتین (به همراه مقالات) (353 پاسخ)
محاسبه انرژی (1 پاسخ)
سرعت سقوط اجسام (10 پاسخ)
اطلاعات در مورد رشته مهندسی هسته ای و آينده شغلي اين رشته (7 پاسخ)
زمان و یک چالش جدید (5 پاسخ)
بیا تو سوال بپرس (211 پاسخ)
خلاء چیست و اثر گرما بر حرکت نور در یک محفظه خلاء (0 پاسخ)
واکنش دهی ذرات (1 پاسخ)
بارش شهابی برساوشی (3 پاسخ)
تفاوت در انرژی پتانسیل و اصل هم ارزی جرم-انرژی انیشتین (3 پاسخ)
سوال درمورد آزمایش دوک و ریل شیبدار (0 پاسخ)
مدل سازی سلف با حل معادلات میدان (0 پاسخ)
کتاب الکترومغناطیس گریفیتس (1 پاسخ)
دعوت به همکاری تحقیقاتی (0 پاسخ)
چگونه سرعت اسپین ذرات را حساب می کنند؟ (0 پاسخ)
تراز افقی (2 پاسخ)
چرا قبل از بارش برف آسمان قرمز میشود؟ (25 پاسخ)
پیش نیاز mcnp و مونت کارلو (0 پاسخ)
داروی جدید ام.اس با موفقیت آزمایش شد (0 پاسخ)
تحصیل در رشته های نجوم (23 پاسخ)
دمای منفی (1 پاسخ)
مرحله های خواب (3 پاسخ)
ثبت عکس‌های نادر از قبل و حین انفجار یک ستاره (2 پاسخ)
تبديلات ميدان ها (5 پاسخ)
مهارت حل مساله (2 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (969 پاسخ)
پرسش و پاسخ ریاضی (160 پاسخ)
چرخه کارنو (1 پاسخ)
سرعت سوق و جریان (2 پاسخ)
ستاره های متراکم هم خاصیت ربایش نور را دارند؟ (3 پاسخ)
فیزیکدان ایرانی دانشگاه هاروارد برنده جایزه دستاورد علمی شد (0 پاسخ)
معما های سخت (294 پاسخ)
tortion gyroscope (0 پاسخ)
سوال اصل عدم قطعیت (1 پاسخ)
تصویر های دانشیک (79 پاسخ)
ماشين محرك دائم (154 پاسخ)
کتاب معتبر ترجمه شده در زمینه انرژی تاریک (3 پاسخ)
جـنـگنـده ها و اســلحــه های بــرتــر (102 پاسخ)
کامپیوتر پرواز (0 پاسخ)
شرایط مرزی برای دو مسأله ی الکترومغناطیس (3 پاسخ)
فرمول برای تشخیص تالاسمی مینور (1 پاسخ)
افزایش احتمال برخورد دو نوکلئون (3 پاسخ)
کاربست پدیده EVP، نظرتان چیست؟ (3 پاسخ)
ماهیت انرژی (22 پاسخ)
سوال از طول موج خطوط طیف اتم هیدروژن (4 پاسخ)
عوامل خروجی ژنراتور (2 پاسخ)
انجماد بعد از مرگ (0 پاسخ)
سرعت مورد نیاز برای برخورد D-T (1 پاسخ)
منبع توجیه پارادوکس پدربزرگ (4 پاسخ)
مقادیر "مجاز" انرژی یعنی چی؟ (3 پاسخ)
اصل انرژی (1 پاسخ)
روشی که بیمار قطع نخاعی را می‌تواند درمان ‌کند (1 پاسخ)
نظریه DFT چه ميگويد و چه كاربردي دارد؟ (7 پاسخ)
مقالات فیزیک
تعداد گل‌برگ‌های آفتاب‌گردان همیشه عضوی از سری فیبوناچی‌ست!
ساخت ماده‌ای که می‌تواند آسیب‌های مغزی را درمان می‌کند
سنگ‌های اطراف ما، چگونه به وجود آمده‌اند؟
چرا فرگشت این حشره‌ی عجیب را به گل ارکیده شبیه کرده است؟
یک قدم تا کشف حیات روی مریخ؛ آب مایع هم کشف شد!
چرا تاج‌ خورشید میلیون‌ها برابر گرم‌تر از سطح خورشید است؟
ماجرای پیدا شدن فرش قدیمی و اَشرافی در کشتی غرق‌شده‌ی هلندی
ریزتراشه‌هایی که از نور بجای الکترون استفاده می‌کنند!
ده دانستنی جالب درباره‌ی کشور سوئیس
رژیم غذایی سالم و ورزش می‌تواند روند پیری سلول‌های ما را برعکس کند
ده حقیقت جالب درباره‌ی دیوار بزرگ چین
جایی برای تلسکوپ‌های خیلی بزرگ
اَپل؛ برخواسته از یک اتاق خواب
دنیای عجیب و کشف نشده‌ی ویروس‌ها
والدین و فرزندان، رابطه‌ای تنش‌زا
یک قاشق چایخوری از ستاره‌ی نوترونی، ۶ میلیارد تن وزن دارد!
نسل جدید ریز پردازنده‌ها جهت استفاده در مأموریت‌های فضایی
کشف غار ۵۰۰هزار ساله، با کریستال‌های غول‌پیکر!
تشخیص و درمان بیماری آب‌سیاه چشم، با روشی نوین
دانستنی‌هایی جالب درباره‌ی ببرها
خوشه‌ی زیبایی از ستارگان، در کهکشان راه‌شیری
اختراع جدید گوگل؛ مترجم هوشمند گوگل چگونه کار می‌کند؟
طلوع و غروب پیاپی خورشید در ایستگاه بین‌المللی فضایی
حرکت جزایر هاوایی به سمت آلاسکا با سرعت رشد ناخن انسان!
پهپادهایی که ماری‌جوانا را از آسمان، بو می‌کشند!
چطور استاد حس بویایی خود شوید!
کشف آب یخ‌زده در سیاره‌ی کوتوله‌ی سِرِس!
میکروب‌هایی که بدن ما را ساخته‌اند!
چشم‌ا‌نداز گودال یک شهاب‌سنگ، بر فراز صحرای بزرگ استرالیا
کشف دخمه‌های اسرارآمیز در مریخ
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
لرزش جهانِ تازه متولد شده، از امواج ضربه‌ی بیگ‌بنگ (0+)
تلسکوپ فضایی هابل، در جستجوی فرازمینی‌ها (0+)
ذخیره‌ی انرژی در برگ‌های آبی گیاه بگونیا (0+)
چرا قند مصنوعی شما را چاق می‌کند؟! (0+)
نسل بعدی سلول‌های خورشیدی به‌رنگ گیاهان سبز (0+)
دست‌یابی به «تئوری همه‌چیز» در سال ۲۰۷۶ (0+)
اسرار پای مومیایی شده‌ی «نِفِرتاری»، ملکه‌ی مصر (0+)
آیا سقوط شهاب‌سنگ در اقیانوس، سونامی ایجاد می‌کند؟ (0+)
تحول کهکشان‌ها در خوشه‌ی کهکشانی سنبله (0+)
چرا اسب‌دریایی نَر باردار می‌شود؟ (0+)
دانستنی‌های شگفت انگیز درباره زمین: زمینِ زیبا (0+)
ستارگان زامبی! (0+)
آیا می‌دانید «گچ» از فسیل پلانکتون‌های باستانی ساخته شده؟ (0+)
ساخت لباس‌های الکترونیکی انعطاف‌پذیر (0+)
کشف دخمه‌های اسرارآمیز در مریخ (0+)
ادامه ...