مشاوره رایگان تحصیلی
منو

آنتروپی از دیدگاه ترمودینامیک آماری

+ 77
رأی شما
- 9

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
- 9
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
مجموعه مقالات عرفان کسرایی (5 پاسخ)
تفاوت در انرژی پتانسیل و اصل هم ارزی جرم-انرژی انیشتین (5 پاسخ)
قوانین فیزیک (30 پاسخ)
ثابت جهانی گرانش (7 پاسخ)
چه کتابی نسبیت رو از منظر نظریه گروه بحث می‌کنه؟ (1 پاسخ)
درخواست مشاوره از دوستانی که فیزیک خوندن (32 پاسخ)
بررسی برخی لم ها و قضیه های ریاضی (63 پاسخ)
افزایش پتانسیل گرانشی در تله پورت (5 پاسخ)
زمان و یک چالش جدید (8 پاسخ)
همگنی و همسانگردی فضا (1 پاسخ)
کتاب های هالیدی (6 پاسخ)
پارادوکس تئوری اطلاعات با ژنتیک (4 پاسخ)
انهدام نسبیت خاص و عام آلبرت اینشتین (به همراه مقالات) (354 پاسخ)
لطفا کارکرد این مدار رو بگید (0 پاسخ)
سرعت سقوط اجسام (11 پاسخ)
اگر توپی را در فضا رها کنیم (10 پاسخ)
توهم زمان: چه چیزی واقعی است؟ (0 پاسخ)
فشار مایع (9 پاسخ)
نشت يابي خطوط لوله زيرزميني نفت با استفاده از ردیاب هسته ای (3 پاسخ)
نقض بقای انرژی ؛ سرنخ جدیدی برای توضیح ماده تاریک (0 پاسخ)
شبیه سازی در نرم افزار zemax (0 پاسخ)
بسط ها،تيلور يا مكلارن (1 پاسخ)
امواج الكترو مغناطيس (1 پاسخ)
به اشتراک‌گذاری جزوه‌های درسی اسکن شده در اینجا (4 پاسخ)
میدان بوزون هیگز و نسبیت (3 پاسخ)
لطفا این مدار رو برای من توضیح بدید ، مربوط به دزدگیر لیزری (5 پاسخ)
انفجار بزرگ (31 پاسخ)
سرعت صوت در هوا (5 پاسخ)
سوال کوانتوم (0 پاسخ)
مشاوره برای انتخاب رشته (4 پاسخ)
شدت صوت (1 پاسخ)
آسیب دیدن جو (1 پاسخ)
مراحل شکل گیری کرم چاله (4 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)
محاسبه انرژی (1 پاسخ)
اطلاعات در مورد رشته مهندسی هسته ای و آينده شغلي اين رشته (7 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)
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)
مقالات فیزیک
دانشمندان مدعی شدند که آب روی زمین، از فضا نیامده است!
آیا اعتیاد به فیس‌بوک و تلگرام، ژنتیکی است؟
فقط «دو هزار میلیارد کهکشان» در عالم قابل مشاهده!
جایگزینی سیستم هوشمند تشخیص چهره بجای گذرنامه در استرالیا
گوجه‌فرنگی‌ها، خوش‌مزه‌تر می‌شوند!
حمام آفتاب برای پیش‌گیری از بیماری کبد چرب!
چین، درخشان‌ترین «چشمه‌ی نور» جهان را می‌سازد!
آزمایشی برای تشخیص علائم حیات فرازمینی در سیارات بیگانه
کشف دارویی جدید برای درمان سرطان پوست
کلمه‌ی «دلار» از کجا آمده است؟
سوپراسپرت جدید امریکایی با سرعتی نزدیک به ۳۵۰ کیلومتر بر ساعت
چرا بحرالمیت را «دریای مُرده» نامیده‌اند؟
کشف بزرگ فیزیک‌دانان؛ «هیچ چیز» چیست؟
گاوها، عامل سوراخ شدن لایه‌ی اُزون!
قلب مصنوعی چگونه کار می‌کند؟
تاریخ دقیق تشکیل کره‌ی ماه
«خورشید» طلوع و «نفت»، غروب می‌کند!
توصیه‌هایی برای خانم‌های باردار
آیا اطلاعات، برای همیشه درون سیاه‌چاله گم می‌شود؟
درمان‌های خانگی پوست چرب و لکه‌دار
جانورانی که قادر به بکرزایی هستند
زمانی که سامسونگ، «نودل» تولید می‌کرد!
داروی روان‌گردانی که شما را به سفری طولانی می‌برد
کشف قاره‌‌‌ای جدید، در زیر جزیره‌ی موریس
کشف یک «مشتری داغ» در فاصله‌ی ۴۸۰ سال‌نوری
عشق و جذابیت
نقش شیمی درمانی در درمان سرطان ریه
اندونزی، کشوری با ۳۶۵ زبان مختلف!
بهترین کالج کسب‌وکار استرالیا در دانشگاه مک‌کواری
واژه‌ی «ربات» از کجا آمده است؟
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
چگونه نسبت به خودمان، حس خوبی پیدا کنیم؟ (0+)
کویت؛ کشور نفت و شاهین! (0+)
ربات‌های پرنده‌ای که به تقلید از بدن جانوران ساخته شده‌اند (0+)
ساختار زنده‌ی ۲۰۰۰ کیلومتری روی زمین، که از فضا دیده می‌شود! (0+)
با بیماری آسم بیشتر آشنا شوید (0+)
باکتری‌هایی از دوران امپراتوری روم شرقی (0+)
چپ‌دست‌ها، احتمالاً رئیس‌جمهور می‌شوند! (0+)
ده غذایی که معجزه می‌کنند! (0+)
اورست، مرتفع‌ترین قله‌ی کره‌ی زمین (0+)
چه کسی رایانه‌های مورد استفاده در سفر انسان به کره‌ی ماه را ساخت؟ (0+)
سگ‌هایی که در ارتفاع ۵ کیلومتری زندگی می‌کنند! (0+)
شاید همین فردا یک خورشید جدید در آسمان زمین ظاهر شود! (0+)
افشای راز اصلی مرگ دایناسورها! (0+)
داستان اختراع آدامس (0+)
چند نکته‌ی ساده که کیفیت زندگی و سلامت ما را افزایش خواهد داد (0+)
ادامه ...