مشاوره رایگان تحصیلی
منو

انرژی و آنتروپی

+ 102
رأی شما
- 37

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

+ 102
رأی شما
- 37



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
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
مساحت قسمتی از سطح یک کره چطور محاسبه می‌شود؟ (8 پاسخ)
بهترین سایت هایی که تا حالا رفتید اینجا قرار بدید (105 پاسخ)
نیروی کشسانی فنر (2 پاسخ)
جریان ac و dc (2 پاسخ)
نظر شما درباره ی شکست تقارن ماده و ضد ماده (0 پاسخ)
سرعت اسپین الکترون (1 پاسخ)
خواص ذرات و تعمیمش به خواص جهان (0 پاسخ)
ایجاد خلا در لیوان توسط آتش (8 پاسخ)
آیا ریل‌های قطارهایی که مگلو نیستند هم آهنربا می‌شوند؟ (3 پاسخ)
پیشنهاد سرن برای ایجاد یک برخورد دهنده بزرگتر (0 پاسخ)
انتقال انرژی در مدار های الکتریکی از دید کوانتومی (0 پاسخ)
محبوس شدگی کوارکی (2 پاسخ)
ایراد معادله پیوستگی (40 پاسخ)
یادگیری فیزیک انفرادی (4 پاسخ)
حل مسائل کتاب معادلات دیفرانسیل بویس (0 پاسخ)
معما های سخت (330 پاسخ)
چرا پروتون، الکترون را جذب می‌کند؟ (1 پاسخ)
تست هوش واقعی (32 پاسخ)
کتاب پایه برای فیزیک کوانتوم چیست؟ (4 پاسخ)
عکسی دروغین؟! (15 پاسخ)
نامرئی کردن با شکست نور (3 پاسخ)
درخواست کتاب فارسی ریاضی فیزیک آرفکن (4 پاسخ)
انرژی اشعه بتا (1 پاسخ)
تبدیل میدان مغناطیسی به میدان الکتریکی (1 پاسخ)
باز بهنجارش اختلالی (0 پاسخ)
استفاده از شبکه ی اسپین و فوم اسپین برای برهمکنش های ریسمان (0 پاسخ)
معادله زمان شرودینگر (3 پاسخ)
نظریه ریسمان (7 پاسخ)
تولید ماده و نظریه ریسمان (1 پاسخ)
اگر زمان وجود نداشت چه می شد،پیامد های آن چیست؟ (83 پاسخ)
4 سوال از مکانیک ۲ دانشگاه (5 پاسخ)
چاه (تابع) پتانسیل (1 پاسخ)
انیشتین و واقعیت کوانتومی (0 پاسخ)
فضای تکانه (5 پاسخ)
بوزون هیگز، امپراطور تمام ذرات (0 پاسخ)
چیزی بعنوان نیروی گریز از مرکز وجود ندارد! (36 پاسخ)
چرا ماده از پاد ماده بیشتر است؟ (0 پاسخ)
میدان مغناطیسی (1 پاسخ)
جفت شدگی ریسمان‌ها و غشا‌ها (0 پاسخ)
وزنه و فنر در آسانسور (2 پاسخ)
ضرب خارجی بردار مکان (1 پاسخ)
تابش ذره باردار شتاب دار در مکانیک کوانتومی (3 پاسخ)
سوال در مورد استوکس (15 پاسخ)
چرخش به دور درخت با سرعت نور (12 پاسخ)
ریاضیات را چگونه آغاز کنیم؟! (3 پاسخ)
باتری‌های هسته ای (0 پاسخ)
ماشين زمان كي ساخته مي شود؟ (71 پاسخ)
نحوه کار برقگیر (0 پاسخ)
تفاوت جاذبه با گرانش چیست؟ (42 پاسخ)
خم کردن پرتو نور (13 پاسخ)
چرا ابرها سفید هستند؟ (7 پاسخ)
بسط سامرفلد و اثبات آن (0 پاسخ)
ارشد فیزیک پیام نور (1 پاسخ)
نظریه نسبیت قانون بقای جرم و پایستگی انرژی را نقض می‌کند؟ (2 پاسخ)
فرمول برای تعیین قدرت عدسی (1 پاسخ)
باردار کردن رسانا با باطری (0 پاسخ)
جنس زمان از چیست؟ اصلا زمان چیست؟ (221 پاسخ)
ابهام در مورد اصل فرما (اصل کمترین زمان) (4 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (975 پاسخ)
معرفی کانال های تلگرام فیزیک (9 پاسخ)
مقالات فیزیک
محققان ضربان‌ساز بی‌سیمی را برای مغز طراحی کردند.
تغییر در فصل مهاجرت و کوچ پرندگان
کشف سیاره‌ای فراخورشیدی در سیستم ستاره‌ای دوتایی
غذاهای غنی از فیبر خطر ابتلا به بیماری‌های مزمن را کاهش می‌دهد.
خرابی دوربین هابل، باعث تاخیر در تعمیر این تلسکوپ می‌شود.
چرا انسان‌های اولیه با نئاندرتال‌ها رابطه‌ی جنسی برقرار می‌کردند؟
منبعی جدید برای تغذیه‌ی سیاه‌چاله‌ها
انتظار دانشمندان برای برخورددهنده‌ای قدرتمندتر از سرن
خطر رونق تجارت قانونی عاج ماموت‌ها
پیشگیری از عوارض جانبی داروهای شیمی‌درمانی
شهرهای متکی بر انرژی خورشیدی
چه قومی برای اولین بار، ستاره‌ی راس‌الغول را کشف کرد؟
ذوب شدن لایه‌های یخی، چندین تُن متان را به جو آزاد می‌کند!
فریب تبلیغات محصولات آرایشی و بهداشتی پوست و مو را نخورید!
با غار اسباب بازی‌های مانی آشنا شوید!
رابطه‌ی انسان و ربات‌ها چقدر عمیق خواهد شد؟
نگاهی نزدیک به انفجار رازآلود در فاصله‌ی ۲۰۰ میلیون سال نوری
شناسایی سه گروه گیاهی باستانی در اردن
معجزه‌ی تکنولوژی در جراحی‌های آینده!
رمز و رازهای چگونگی تکثیر دی‌ان‌ای
کشف استخوان‌ها و ابزارهای سنگی ۲.۴ میلیون ساله
کهکشان مثلث؛ مادری نمونه برای زایش ستاره‌ها
فوتوسنتز بیشتر، راهی برای افزایش تولید محصولات!
تحلیلی ژنتیکی برای یافتن ریشه‌های دو اختلال روانی رایج!
رقابت سخت هوندا آکورد قابل اعتماد در برابر کیا اپتیمای پرفروش
ورزش چگونه باعث کاهش حجم چربی شکم می‌شود؟
شاید جهان ما در حال گسترش به سوی بُعد دیگری باشد.
آزمایش روش درمانی جدید برای مقابله با سرطان
کشف سیارک غنی از کربن در کمربند کویپر
گوگل در دادخواهی تکنولوژی تشخیص چهره، پیروز شد!
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
دانلود کتاب رادیواکتیویته و پرتوزایی (1+)
آیا این هرم مریخی، ساخته‌ی فرازمینی‌ها است؟ (0+)
بحران زباله در جهان تا چه حد جدی است؟ (0+)
همراهی انسان و ربات! مزیت یا خطر؟ (0+)
نگاهی به مشکلات اصلاح ژنتیکی در تولد نوزادان (0+)
معماری پردازنده‌ای با الگویی از کیوبیت‌ها (0+)
مانعی میکروبی در انتشار گازهای گلخانه‌ای (0+)
کشف کریسمسی در سیاره‌ی سرخ (0+)
مصاحبه وبلاگ BMW با نادر فقیه‌زاده (0+)
برنج پیوندی، محصولی جدید برای تغذیه‌ی بشر (0+)
کنجکاوی درباره‌ی سنگ مرموز مریخی (0+)
تصور اشتباه درباره‌ی طرف چپ و راست مغز انسان (0+)
معادلاتی فراتر از تئوری نسبیت عام اینشتین! (0+)
منشا آکنه‌های پوستی شما چیست؟ (0+)
فضا دقیقاً از کجا آغاز می‌شود؟ (0+)
ادامه ...