مشاوره رایگان تحصیلی
منو

انرژی و آنتروپی

+ 94
رأی شما
- 34

چه چیزی باعث می شود رویدادها اتفاق بیفتند یا اتفاق نیفتند؟ مثلا آب در سرازیری جریان می یابد، اما سر بالایی نمی رود. قند و شکر در قهوه حل می شوند، مثل اینکه وقتی شکر مدت زیادی در قهوه بماند دیگر نمی توان آن را برگرداند. چرا نمی توان از سوختن چوب کبریت پس از شعله ور شدن جلوگیری کرد. آیا قانون و قاعده ای کیهانی وجود دارد که تعیین کند چه اتفاقی می تواند بیفتد و کدام نمی تواند؟

این پرسش یکی از ژرف ترین پرسش ها در تمام حوزه ی علم می باشد. با این وجود، تا اواخر قرن نوزدهم که نابغه ای به نام جوسایا ویلارد گیبس ان را به تمامی حل و فصل کرد، پاسخ درستی به این پرسش داده نشده بود. پاسخ این پرسش از این قرار است که در هر جای طبیعت بین دو کمیت بنیادی توازن برقرار است: انرژی و آنتروپی. تنها همین توازن است که تعیین می کند آیا اتفاقی رخ می دهد یا خیر.

برخی رویدادهای فیزیکی می توانند تک و تنها اتفاق افتند، اما نمی توانند در جهت مخالف رخ دهند مگر این که از خارج کمکی دریافت کنند. مثلا می توانیم از طریق وسیله ای، آب را به بلندی برسانیم و اگر واقعا بخواهیم، می توانیم از طریق تبخیر کردن آب و سپس جداسازی شیمیایی شکل های جامد شکر و قهوه، شکر را دوباره به دست آوریم. سوزاندن چوب کبریت دشوارتر است، اما وقت و ابزارکافی و لشکری از شیمیدانان میخواهد که احتمالا بتوانند چوب کبریت را از خاکستر، دود و انواع گاز بازسازی کرد. نکته این است که در هر یک از این موارد مقدار زیادی دخالت-ورود انرژی از خارج-لازم است. در طبیعت بسیاری اتفاقات را مجاز می داریم که خود به خود و به تنهایی رخ دهند، اما اتفاقات دیگری هم هستند که هرگز خود به خود پیش نمی آیند، حتی اگر بدون مداخله تا ابد منتظر بمانیم. ماحصل و نتیجه گیری عظیم طبیعت از این قرار است که اگر توازن بین انرژی و آنتروپی به درستی برقرار باشد، آن اتفاق خواهد افتاد؛ اگر این توازن برقرار نباشد، آن اتفاق هم نمی افتد.

به طور کلی همه چیز در صورت توانایی تلاش می کند انرژی اش را کاهش دهد. در آبشار، آب از طریق فرو ریختن یک آبگیر خود را از انرژی گرانشی انباشته اش خلاص می کند، اما همین که آب به داخل آبگیر پای آبشار ریخت، دیگر آن انرژی نمی تواند آن را به بالای آبشار و نقطه ی آغاز ریزش آب برگرداند. تعداد زیادی واکنش شیمیایی فقط به یک دلیل مشابه اتفاق خواهند افتاد: موادشیمیایی از دست انرژی شیمیایی انباشته در خود به طور خود به خود را رها می کنند تا به مواد شیمیایی دیگری تبدیل شوند که انرژی شیمیایی کمتری دارند. اما این مواد نمی توانند به تنهایی به شرایط انرژی اولیه شان برگردند. به این ترتیب اگر همه شرایط دیگر بدون تغییر بمانند، گرایش طبیعت از این قرار است که هر چیزی در صورت توانایی انرژی خود را کم تر می کند: این قانون طبیعت است.

اما کاهش انرژی فقط نیمی از ماجرای عواملی است که رویدادها از آنها ناشی می شوند. نیمه ی دیگر افزایش آنتروپی است. آنتروپی یعنی بی نظمی، یا اتفاق، یعنی آرایش آشوبناک و بی نظم حوادث و چیزهاست. اتم ها و مولکول ها در هر لحظه ی مشخص، ممکن است یا در آرایشی منظم باشند یا به صورتی نامنظم به هر سو بجهند، یا هر آرایش دیگری را مابین این دو حالت به خود بگیرند، یعنی می توانند مقادیر گوناگونی آنتروپی از کم تا زیاد داشته باشند. هرگاه همه عوامل دیگر(یعنی انرژی) مساوی باشند، گرایش طبیعت از این قرار است که همه چیز میل دارد هر چه بی نظم تر شود-یعنی، هر چیزی در صورت توانایی آنتروپی اش را افزایش می دهد؛ به بیان دیگر، مادامی که افزایشی بیشتر از آن که جبران شود در آنتروپی پیش بیاید افزایشی غیر طبیعی در انرژی می تواند رخ دهد.

پس این پرسش که آیا یک رخداد می تواند خود به خود در طبیعت روی دهد یا خیر- بدون هیچ دخالتی از خارج- صرفا برمیگردد به مسئله ی توازن بین قوانین انرژی و آنتروپی. درمورد آبشار؟ این اتفاق(فروریختن آب) به این علت می افتد که افت پردامنه ای درانرژی(گرانشی) پیش می آید، عملا هیچ اختلاف انرژی بین مولکول های آب در بالاترین نقطه و پایین ترین نقطه ی آبشار وجود ندارند. یک فرایند انتقال انرژی رخ می دهند. درباره شکر در قهوه موضوع از چه قرار است؟ شکر عمدتا به این علت حل می شود که افزایش آنتروپی بسیار زیادی اتفاق می افتد؛ مولکول های شناور شکر در قهوه بسیار بی نظم تر از وقتی اند که به صورت بلورهای دانه ی شکر به هم پیوند خورده بودند. در این میان ،عملا اختلاف انرژی بین شکر جامد و شکر محلول وجود ندارد. این هم فرایند انتقال انتروپی است.

ماجرای سوختن چوب کبریت چیست؟ آشکار است که افزایش زیادی در انرژی می افتد که یک انتقال ناگهانی انرژی است. انرژی شیمیایی ذخیره شده در سرچوب کبریت به صورت یک جهش یا انفجار گرمایی رها می شود و نور می تاباند. اما افزایش عظیمی در آنتروپی هم اتفاق می افتد، زبانه کشیدن شعله، دود و گازها خیلی بی نظم تر از گوگرد فشرده ی چوب کبریت است. از این رو که هم با انرژی و هم با انتروپی به راه می افتد و برانگیخته می شود. چه می شود اگر فرایندی پیش بیاید که یکی از این کمیت ها یعنی انرژی یا آنتروپی راه اشتباهی را طی کنند؟ اگر کمیت دیگر باقدرت کافی راه درست را پیماید که بر ان که در راه خطا پیش می رود غلبه یابد، باز هم این فرایند می تواند اتفاق افتد. یعنی انرژی تاوقتی می تواند افزایش یابد که افزایش آنتروپی چندان شود که آن توازن را برهم بزند، و آنتروپی می تواند تا وقتی کاهش یابد که انرژی تا حد زیادی که توازن را برهم بزند، افزایش یابد.

کاری که ویلیارد گیبس کرد این بود که برای این تعادل و توازن انرژی-آنتروپی معادله ای را تدوین کرد. اگر معادله گیبس نشان دهد که پس از برهم کنش هرگونه تغییرات آنتروپی خطایی هنوز هم مقداری انرژی باقی مانده است، آن انرژی می تواند برای راه انداختن رویدادهایی مصرف شود و فرایند مورد نظر خود به خود اتفاق خواهد افتاد. از سوی دیگر، اگر مقدار انرژی قابل دسترس برای بر هم کنش و تغییرات آنتروپی خطا ناکافی باشد، فرایند رخ نمی دهد و نمی تواند رخ دهد مگر این که مقداری انرژی اضافی از خارج کسب کند. در این صورت با اضافه کردن انرژی کافی همواره می توانیم بر این قانون آنتروپی طبیعت غلبه کنیم که بنا بر آن همه چیز به سوی بی نظمی میل و گرایش دارد. اگر انرژی کافی داشته باشیم می توانیم جهان آشوبناک را به نظم در آوریم.

نویسنده: میلاد اسکندر دوست / سایت علمی بیگ بنگ

+ 94
رأی شما
- 34



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
کشف راهی برای گشودن عروق مربوط به پیریِ مغز و ضعف حافظه
خشکسالی‌ای که باعث کشف بنای اسرارآمیز شد!
بهینه کردن حسگرهای زیستی برای کاربردهای ایمپلنتی
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.
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 ...