خودبخودی بودن فشرده شدن گاز کامل

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
kazem928

نام: کاظم افرند

عضویت : چهارشنبه ۱۳۹۱/۹/۱۵ - ۱۸:۰۸


پست: 18

سپاس: 1

خودبخودی بودن فشرده شدن گاز کامل

پست توسط kazem928 »

مقداری گاز کامل زیر یک پیستون بدون جرم بدون اصطکاک در یک سیلندر قرار دارد. چه می شود اگر یک وزنه روی پیستون قرار دهیم؟ انتظار داریم گاز در دمای ثابت فشرده شود. برای اینکه چنین باشد تغییر آنتروپی (s) باید منفی و تغییر آنتالپی H باید صفر باشد (به دلیل ثابت بودن دما). در اینصورت قانون دوم ترمودینامیک می گوید که فشرده شدن گاز در دمای ثابت نمی تواند خودبخود باشد. آیا چنین است؟ چرا؟

نمایه کاربر
paradoxy

نام: داود حاجي تقي تهراني

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۳/۱۰/۲۲ - ۲۲:۱۷


پست: 2017

سپاس: 1082

Re: خودبخودی بودن فشرده شدن گاز کامل

پست توسط paradoxy »

وزنه ای که روی پیستول قرار میدید گویای این هستش که متراکم شدن گاز در دمای ثابت، یک فرآیند خود به خودی (که به دور از عوامل خارجی انجام میشه) نیست.

kazem928

نام: کاظم افرند

عضویت : چهارشنبه ۱۳۹۱/۹/۱۵ - ۱۸:۰۸


پست: 18

سپاس: 1

Re: خودبخودی بودن فشرده شدن گاز کامل

پست توسط kazem928 »

مقداری انرژی از محیط به سیستم وارد شده. (انرژی پتانسیل گرانشی کاهش پیدا کرده). آیا این انرژی به انرژی درونی گاز کامل اضافه شده؟ اگر چنین است، با توجه به اینکه انرژی درونی تنها تابع دماست پس دمای گاز باید بالا رفته باشد و سپس در تبادل با محیط پایین آمده باشد. بنابراین دلتا H منفی است نه صفر و از اینجا فرآیند خودبخودی است. آیا این استدلال درست است؟ در غیر این صورت انرژی ای که به سیستم داده شده کجا رفته؟

kazem928

نام: کاظم افرند

عضویت : چهارشنبه ۱۳۹۱/۹/۱۵ - ۱۸:۰۸


پست: 18

سپاس: 1

Re: خودبخودی بودن فشرده شدن گاز کامل

پست توسط kazem928 »

قسمتی از جوابم را گرفتم. انرژی پتانسیل به انرژی درونی گاز تبدیل شده و بعد به صورت گرما دوباره به محیط خارج برگشته. بنابراین اگر حالت اول پیستون و حالت نهایی را در نظر بگیریم هیچ انرژی ای به سیستم وارد یا از آن خارج نشده. بنابراین با سیستمی روبرو هستیم که آنتروپی اش کاهش پیدا کرده. چرا وقتی وزنه روی پیستون قرار می گیرد سیستم به این سمت یعنی کاهش آنتروپی می رود؟ قاعدتا باید آنتروپی جهان افزایش یافته باشد. نشان دهید.

kazem928

نام: کاظم افرند

عضویت : چهارشنبه ۱۳۹۱/۹/۱۵ - ۱۸:۰۸


پست: 18

سپاس: 1

Re: خودبخودی بودن فشرده شدن گاز کامل

پست توسط kazem928 »

جوابی که به نظر من میرسه:
با اینکه آنتروپی سیستم کاهش پیدا کرده اما آنتروپی جهان افزایش پیدا کرده.
اثبات:
تغییر آنتروپی سیستم:
$\Delta S = 5/2 nRln(Ti/Tf) - nRln(Pf/Pi)$
$\Delta S = -nRln(1/h)$
و آنتروپی جهان: مجموع آنتروپی سیستم و محیط
$\Delta Suniv = \Delta Ssys + \Delta Ssurr$
و از آنجا:
$\Delta Suniv = mgh/T + nRln(h)$
که مقداریست همیشه مثبت. بنابراین آنتروپی جهان افزایش یافته

نمایه کاربر
paradoxy

نام: داود حاجي تقي تهراني

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۳/۱۰/۲۲ - ۲۲:۱۷


پست: 2017

سپاس: 1082

Re: خودبخودی بودن فشرده شدن گاز کامل

پست توسط paradoxy »

راستش من یه مدت دور بودم از فیزیک آماری و هرچند روابطش توی ذهنم هست؛ احساس میکنم مقداری توی مفاهیمش میلنگم؛ بنابرین خیلی روی جواب من استناد نکنید؛ با این حال از روی شیکم هم نمیگم و میتونید روش فکر کنید.

ببینید اگر با یه گاز کامل سر و کار داشته باشیم داریم $PV = nRT$ گاز کامل نباشه مهم نیست رابطش توی همین مایه هاست با یه ضریب اضافه. وقتی وزنه رو روی پیستون میزاریم؛ حجم گاز کاهش پیدا میکنه و فشرده میشه. اما فرض کردیم که دما ثابت میمونه. پس حاصل ضرب $PV$ که فشار در حجم هست باید ثابت بمونه، که سمت راست معادله، دما ثابت بمونه. نتیجه میگیریم که فشار گاز میره بالا. از نظر شهودی هم درسته؛ چون داریم گاز رو له میکنیم پس طبیعیه که انتظار داشته باشیم فشارش بره بالا. پس اگرچه انرژی پتانسیل گرانشی ای که وزنه به گاز میده، سبب بالا رفتن انرژی درونی گاز میشه، اما ما این پدیده رو به شکل افزایش فشار گاز و نه افزایش دما و تبادل گرمای اون با محیط میبینیم. یادمون نره که رابطه انرژی درونی گاز هست $dU = TdS - PdV$. بنابرین افزایش انرژی درونی؛ لزوما خودش رو به شکل افزایش دما نشون نمیده. بلکه گاز میتونه روی محیط "کار" انجام بده و با انجام این "کار" انرژی درونی ای که بدست آورده رو پس بده. یا در ازای کاهش حجمش، انرژی درونی بدست بیاره(به علامت منفی جمله دوم دقت کنید)
بله؛ وقتی روی پیستون وزنه میزاریم؛ اتفاقی که میوفته اینه که گاز متراکم میشه و فشارش میره بالا. با بالارفتن فشار، گاز نیروی زیادی رو به سمت بالا (به سمت پیستون) وارد میکنه و وزنه رو به بالا هل میده. مجددا وقتی گاز از حالت فشرده خارج شد و پیستون بالا رفت، وزنه ی روی اون، گاز رو متراکم میکنه و فشار گاز میره بالا. تا بینهایت این روند تکرار میشه و یک نوسان داریم که درون انرژی پتانسیل گرانشی و انرژی درونی گاز به هم دیگه تبدیل میشن. گاز دقیقا مثل یک فنر تحت این شرایط رفتار میکنه.

پیشنهاد میکنم روابط رو به شکلی ننویسید که مسئله رو زوری به جواب درست برسونید. چون آخرش به احتمال زیاد به جواب اشتباه میرسید.
در مورد خود به خود بودن فرآیند هم؛ نمیدونم منظورتون رو متوجه شدم یا نه. اگر میخواید بگید که یه گاز؛ همینطوری بدون وجود هیچ عامل خارجی ای میتونه متراکم بشه (آنتروپیش کم بشه و فشارش زیاد) و تغییر آنتالپی ای تجربه نکنه جواب من همین هستش که بود. یه همچین فرآیندی ممکن نیست؛ دقیقا به خاطر این که چنین فرآیندی به شکل خود به خودی صورت نمیگیره. با شهود روزمره هم نمیخونه. اما اگر منظور بعد از به تعادل رسیدن سیستم هست، فرآیند فشرده شدن و متراکم شدن گاز در تعادل کامل انجام میشه. نمیشه انرژی خالصی از گاز در قالب کار دریافت کرد. (بله، وقتی پیستون اومد بالا میتونیم تندی وزنه رو برداریم و خیال کنیم که گاز به ما کار تحویل داده. اما واقعیت مسئله این هستش که ما همون کاری رو از گاز گرفتیم که خودمون بهش دادیم. هیچ کاری دریافت نکردیم.)

kazem928

نام: کاظم افرند

عضویت : چهارشنبه ۱۳۹۱/۹/۱۵ - ۱۸:۰۸


پست: 18

سپاس: 1

Re: خودبخودی بودن فشرده شدن گاز کامل

پست توسط kazem928 »

اجازه بدید دو تا مثال بزنم. یک وزنه رو روی یک سطح شیبدار بی اصطکاک میذاریم. سه تا اتفاق ممکنه بیفته: یک اینکه بالا بره که این فرآیند به طور خودبخود اتفاق نمیفته چون قانون اول ترمودینامیک رو نقض میکنه. میمونه دو اتفاق دیگه: یکی اینکه سر جاش بمونه که قانون اول رو نقض نمی کنه. اما قانون دوم میگه این اتفاق به طور خود بخود نمیفته چون نه انرژی کاهش پیدا کرده و نه آنتروپی زیاد شده. میمونه اتفاق سوم که در قانون دوم صدق می کنه و پیش بینی میشه خودبخود اتفاق بیفته.
مثال دوم: تکه ای یخ رو از یخچال بیرون میاریم و در هوای اتاق میذاریم. چرا یخ به همان حال نمیماند با اینکه این امر قانون بقای انرژی را نقض نمی کند. اینجاست که قانون دوم به کار می آید. یعنی با اینکه یخ گرما جذب کرده اما به دلیل افزایش آنتروپی فرآیند آب شدن خودبخودیست. اینجا نمی توان گفت که فرآیند خودبخودی نیست چون یخ را از یخچال بیرون آورده اند.
شاید اگر سیستم را مجموعه پیستون و وزنه و سیلندر بگیریم بشود گفت که سیستم در ابتدا انرژی زیاد دارد و در حالت نهایی به انرژی پایین تر (انرژی پتانسیل وزنه کم شده) رسیده و بنابراین عامل کاهش انرژی عامل کاهش آنتروپی را خنثی و از آن پیشی می گیرد.

نمایه کاربر
paradoxy

نام: داود حاجي تقي تهراني

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۳/۱۰/۲۲ - ۲۲:۱۷


پست: 2017

سپاس: 1082

Re: خودبخودی بودن فشرده شدن گاز کامل

پست توسط paradoxy »

متوجه ارتباط مثال هاتون با گفته خودم نمیشم. اولا اگر مشکل خاصی توی پاسخم میبینید بفرمایید. (راستش الان تقریبا مطمئنم که پاسخ درستی دادم؛ مخالف میطلبم خلاصه.)
دوم این که در سطح شیب دار شما، پایین تر رفتن جسم هیچ ارتباطی به ترمودینامیک و قوانین اون نداره. چون نه آنتروپی جسم زیاد میشه و نه انرژی کل اون کاهش پیدا میکنه. هرچی نباشه تنها اتفاقی که میوفته اینه که انرژی جسم از فرم انرژی پتانسیل، به فرم انرژی جنبشی تبدیل میشه. اینو در نظر بگیرید: اگر یک سطح شیب دار دیگه رو به روی این سطح شیب دار قرار بدیم، جسم سر میخوره و میره پایین و بعد از سطح شیب دار دوم میره بالا، وقتی به بالای سطح شیب دار دوم رسید دوباره ازون سر میخوره و میره پایین و از سطح شیب دار اول میره بالا و تا ابد این پروسه ادامه پیدا میکنه. این فرآیند 100% مشابه همون چیزی هست که توی سوال اولیتون (گاز و وزنه) پرسیدید. اونجا هم انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی وزنه + انرژی درونی گاز تبدیل میشه و برعکسش هم رخ میده.

تصویر

مثال دوم: تکه ای یخ رو از یخچال بیرون میاریم و در هوای اتاق میذاریم. چرا یخ به همان حال نمیماند با اینکه این امر قانون بقای انرژی را نقض نمی کند. اینجاست که قانون دوم به کار می آید. یعنی با اینکه یخ گرما جذب کرده اما به دلیل افزایش آنتروپی فرآیند آب شدن خودبخودیست. اینجا نمی توان گفت که فرآیند خودبخودی نیست چون یخ را از یخچال بیرون آورده اند.

من همچنان ارتباط این مثال شما رو با مسئله ای که مطرح کردید و جواب خودم درک نمیکنم. خود به خودی بودن یک فرآیند بر اساس
1. تغییر آنتالپی
2. تغییر آنتروپی
اون تعیین میشه. از خودمون که نمیتونیم تعریفی ارائه بدیم. وقتی یخ رو از یخچال بیرون میارید، هم آنتالپی مثبته (چون جسم داره گرما میگیره) و هم تغییر آنتروپی مثبت هست. چون آب مایع آنتروپی بیشتری داره نسبت به یخ، خب طبیعیه فرآیند میشه خود به خودی؛ البته در دمای بحرانی؛ توی هر دمایی نمیشه یخ رو ذوب کرد. انتظار دیگه ای دارید؟ اما وقتی یخ ذوب شد و مایع شد، با فرض بسته بودن سیستم، یک تعادل ترمودینامیکی رو آب تجربه میکنه. همیشه درصد مشخصی از آب به بخار تبدیل میشه و دقیقا همون درصد طی فرآیند میعان به آب مایع تبدیل میشه. تا روز قیامت، سیستم توی این تعادل ترمودینامیکی باقی میمونه. سیستمی که به این نقطه رسیده "خود به خود" بودن فرآیند ها براش معنایی نداره. چون نه آنتروپی کلش تغییر میکنه و نه آنتالپیش. هم دلتا اس صفره و هم دلتا اچ. دیگه شما نمیتونی بگی بخار شدن یا مایع شدن آب خود به خود هست. نه خیر نیست. سیستم توی تعادل هستش.

شاید اگر سیستم را مجموعه پیستون و وزنه و سیلندر بگیریم بشود گفت که سیستم در ابتدا انرژی زیاد دارد و در حالت نهایی به انرژی پایین تر (انرژی پتانسیل وزنه کم شده) رسیده و بنابراین عامل کاهش انرژی عامل کاهش آنتروپی را خنثی و از آن پیشی می گیرد.
نه نمیتوان گفت! انرژی سیستم مطلقا کاهش پیدا نمیکنه. مگر نه این که همون انرژی وزنه تبدیل میشه به انرژی درونی گاز. کجا انرژی کم میشه؟ حداقل، مادامی که فرض کنید تبادل گرمایی بین گاز و جهان بیرونی وجود نداره حرفتون درست نیست. انرژی پتانسیل وزنه تبدیل میشه انرژی درونی گاز. بعد انرژی درونی گاز دوباره تبدیل میشه به انرژی پتانسیل وزنه. تا روز قیامت هم همین اتفاق میوفته.
تغییر آنتروپی در سیستم وزنه گاز شما مطلقا 0 هستش. چون همونطور که گفتم سیستم تبادل گرمایی با محیط بیرون نداره، دلتا کیو صفر باشه، دلتا اس صفر میشه. اما اگر یک شرط روی سیستم بزارید؛ میتونید انتظار فرآیند غیر قابل بازگشتی رو از سیستم داشته باشید که خود به خودی هست. اونم اینه که فرض کنید سیستم میتونه با محیط خارج تبادل گرمایی داشته باشه یا به عبارت دقیق تر فضای بیرون پیستول خنک تر از گاز داخل باشه. به عبارت دیگه؛ به جای این که فرض کنید گاز در طول فشرده شدن "داغ نمیشه و دماش ثابت باقی میمونه" فرض کنید که دماش تغییر میکنه و اتفاقا داغ میشه. درون حالت گاز به خاطر اختلاف دما، انرژی خودش رو در قالب گرما به محیط بیرون میده. درون حالت آنتروپی سیستم کاهش پیدا میکنه. اما چون جهان بیرون سرد تر از سیستم هستش؛ آنتروپی ای که جهان بدست میاره بیش از آنتروپی ای هستش که سیستم از دست داده. تحت این شرایط؛ دیگه وزنه نوسان نمیکنه و پایین باقی میمونه. اون موقع روابطی که نوشتید معنی دار و درست هستند.

kazem928

نام: کاظم افرند

عضویت : چهارشنبه ۱۳۹۱/۹/۱۵ - ۱۸:۰۸


پست: 18

سپاس: 1

Re: خودبخودی بودن فشرده شدن گاز کامل

پست توسط kazem928 »

در مورد جسمی که بین دو سطح شیبدار نوسان می کند می توان گفت که آنتروپی سیستم اضافه شده هرچند انرژی سیستم ثابت است. قانون دوم به ما می گوید چه فرآیندی از نظر ترمودینامیکی مساعد و چه فرآیندی غیرممکن است. مثلا حالت 1 جسم روی دیواره اول ثابت
است و حالت 2 جسم بین دو دیواره نوسان می کند. ترمودینامیک به این سوال پاسخ می دهد که آیا ممکن است شرایطی برقرار شود که سیستم از حالت 1 به حالت 2 برود. جواب بله چون حالت دو از نظر ترمودینامیک مساعد است، انرژی برابر و آنتروپی بیشتر. حالا حالت فرضی دیگری را در نظر بگیریم که مثلا جسم از دیواره جدا شده و در یک خط مستقیم به دیواره روبرو برخورد کند و برگردد و به این ترتیب نوسان کند. از نظر ترمودینامیک این حالت هم مساعد است. یعنی اگر شرایطش باشد رخ دادن چنین حالتی غیر ممکن نیست.
حالا فرض کنید سیستم در حال نوسان است. آیا ممکن است که جسم در حال نوسان به بالای دیواره رسیده و متوقف شود. این موضوع اصل اول یعنی بقای انرژی را نقض نمی کند. ولی اصل دوم آن را غیر ممکن می داند چون انرژی ثابت ولی آنتروپی کاهش یافته. یعنی هیچ شرایطی نیست که اگر فراهم شود چنین فرآیندی رخ دهد.

نمایه کاربر
paradoxy

نام: داود حاجي تقي تهراني

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۳/۱۰/۲۲ - ۲۲:۱۷


پست: 2017

سپاس: 1082

Re: خودبخودی بودن فشرده شدن گاز کامل

پست توسط paradoxy »

بعد از خوندن همین خط اول پیامتون؛ دیگه ادامش رو نخوندم چون باقیش هم بر مبنای این هستش؛ بعد از جواب نگاه میکنم. نوشتید:
در مورد جسمی که بین دو سطح شیبدار نوسان می کند می توان گفت که آنتروپی سیستم اضافه شده هرچند انرژی سیستم ثابت است.

چطور می توان گفت، از هوا؟
$$dS = \frac{dQ}{T}$$
که در رابطه بالا dQ حرارت انتقال پیدا کرده طی فرآیند برگشت پذیر؛ T دما بر حسب کلوین و dS تغییرات آنتروپی سیستم هست. دقیقا شما چطوری میگی آنتروپی سیستم میره بالا وقتی dQ صفر هستش؟ اصلا صحبت از ترمودینامیک کلاسیک تنها برای سیستم های بس ذره ای که توی کتاب ها اغلب با 100 ذره یا بیشتر ازش یاد میشه معنا دار هستش. اما همینم نادید بگیریم؛ بازم برای حرف شما پایه و اساس خاصی نمیبینم.

kazem928

نام: کاظم افرند

عضویت : چهارشنبه ۱۳۹۱/۹/۱۵ - ۱۸:۰۸


پست: 18

سپاس: 1

Re: خودبخودی بودن فشرده شدن گاز کامل

پست توسط kazem928 »

مفهوم آنتروپی با احتمال مربوط هست. یعنی اگر برای آنکه سیستم در یک حالت مورد نظر باشه راههای بیشتری باشه اون حالت محتمل تره. مثلا یک دسته ورق بازی مرتب رو تو اتاق پخش می کنیم. بعد از جمع کردن ورقها احتمالش بسیار ناچیزه که ورقها با همون ترتیب اولیه باشند. چرا؟ دو حالت در نظر می گیریم حالت 1 ورقهای مرتب شده و حالت 2 ورقهای غیر مرتب. تعداد راههایی که سیستم به حالت 2 میره بسیار بیشتر از حالت 1 هست. بنابراین می گیم تمایل طبیعی سیستم به سمت 2 هست. در مورد جسمی که نوسان میکنه هم اگر حالت 1 رو وقتی بگیریم که جسم به دیواره چسبیده و ثابته و حالت 2 رو جسم در حال نوسان بگیریم، جسم در هر نقطه از مسیر باشه در حالت 2 است اما فقط یک موقعیت برای بودن در حالت 1 هست. بنابراین راههای بسیاری برای بودن در حالت 2 هست و بنابراین احتمال آن بیشتر است.

kazem928

نام: کاظم افرند

عضویت : چهارشنبه ۱۳۹۱/۹/۱۵ - ۱۸:۰۸


پست: 18

سپاس: 1

Re: خودبخودی بودن فشرده شدن گاز کامل

پست توسط kazem928 »

مشکل من با مفهوم خودبخودی است. مثلا آب شدن یخ طبق قانون دوم خودبخودی است. اما اگر یخ در فریزر باشد آب نمیشه. باید در دمای بیرون قرار بگیره. می تونیم بگیم شرایط فراهم بشه. (البته در مورد یخ که در یخچال هست قانون دوم وابسته به دماست و آب شدن رو پیش بینی نمیکنه)
ولی مثلا یک وزنه که به نخی آویزان هست. اگر وزنه بیفتد انرژی پتانسیل آن به گرما تبدیل می شود و به این ترتیب سطح انرژی سیستم پایین می آید بنابراین این اتفاق خودبخودیست اگر شرایط آن فراهم شود یعنی نخ قطع شود. ولی این یه کم برام نامفهومه چون به هر حال دخالت شده بهش.
یا مثلا در شیمی سوختن متان از نظر ترمودینامیکی مساعده ولی اون هم نیاز به دخالت (یعنی جرقه) داره. یا مثلا تبدیل گلوکز به آب و گاز کربنیک خود بخودیست ولی عکس آن خودبخودی نیست. یعنی چی خودبخودی نیست؟ یعنی صرف انرژی؟

نمایه کاربر
paradoxy

نام: داود حاجي تقي تهراني

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۳/۱۰/۲۲ - ۲۲:۱۷


پست: 2017

سپاس: 1082

Re: خودبخودی بودن فشرده شدن گاز کامل

پست توسط paradoxy »

در مورد جسمی که نوسان میکنه هم اگر حالت 1 رو وقتی بگیریم که جسم به دیواره چسبیده و ثابته و حالت 2 رو جسم در حال نوسان بگیریم، جسم در هر نقطه از مسیر باشه در حالت 2 است اما فقط یک موقعیت برای بودن در حالت 1 هست. بنابراین راههای بسیاری برای بودن در حالت 2 هست و بنابراین احتمال آن بیشتر است.

این یکی آنتروپی ای هستش که شانون معرفیش کرد و توی فیزیک آماری درموردش صحبت میشه و مقدارش با لگاریتم گرفتن از کل حالت های ممکنی که سیستم داره پیدا میشه. اگرچه به نظرم مفهومش رو درست متوجه شدید؛ وقتی ربطش میدید به یک مسئله تک ذره ای که درون علت تمایل جسم به حرکت، "پتانسیل" هست و نه افزایش آنتروپی و ...؛ یکم شک میکنم به این که آیا واقعا دنبال جواب درست هستید و گیج شدید؛ یا این که صرفا میخواید قبول نکنید که توی مثالتون؛ آنتروپی ذره ای تغییر نمیکنه و شمارش حالاتی که به کار بردید یک نوع abuse notion یا سوء استفاده نا به جا از مفاهیم ابتدایی هستش. این که جسم سر میخوره و پایین میره، برای این هستش که گرادیان پتانسیل (یا همون نیرو) براش صفر نیست. این مسئله "هیچ" ربطی به ترمودینامیک و آنتروپی نداره. البته انکار نمیکنم خیلی سایت ها به اشتباه خود به خودی بودن رو برای همون سطح شیب دار هم به کار بردن. اما نه جانم، این فرآیند ها خود به خودی با تعریف ترمودینامیک نیستند و ارتباطی هم به اون ندارند. حالا یکی بخواد زوری ربطش بده شاید بتونه.


مشکل من با مفهوم خودبخودی است. مثلا آب شدن یخ طبق قانون دوم خودبخودی است. اما اگر یخ در فریزر باشد آب نمیشه. باید در دمای بیرون قرار بگیره. می تونیم بگیم شرایط فراهم بشه. (البته در مورد یخ که در یخچال هست قانون دوم وابسته به دماست و آب شدن رو پیش بینی نمیکنه)
ولی مثلا یک وزنه که به نخی آویزان هست. اگر وزنه بیفتد انرژی پتانسیل آن به گرما تبدیل می شود و به این ترتیب سطح انرژی سیستم پایین می آید بنابراین این اتفاق خودبخودیست اگر شرایط آن فراهم شود یعنی نخ قطع شود. ولی این یه کم برام نامفهومه چون به هر حال دخالت شده بهش.
یا مثلا در شیمی سوختن متان از نظر ترمودینامیکی مساعده ولی اون هم نیاز به دخالت (یعنی جرقه) داره. یا مثلا تبدیل گلوکز به آب و گاز کربنیک خود بخودیست ولی عکس آن خودبخودی نیست. یعنی چی خودبخودی نیست؟ یعنی صرف انرژی؟


هر واژه توی فیزیک تعریف مشخصی داره؛ یلخی نمیتونیم از خودمون بگیم که آیا یک فرآیند خود به خودی هست یا نه. "خود به خودی" بودن یک فرآیند توی فارسی این معنی رو به ذهن میرسونه که یه فرآیند بدون دخالت خارجی، همینطوری خودش انجام بشه. اما ما نباید از این مفهوم بدون دقت توی ترمودینامیک استفاده کنیم. توی ترمودینامیک یک فرآیند تنها و تنها زمانی خود به خودی هستش که

1. تغییرات آنتروپی مثبت، تغییرات آنتالپی منفی باشه. مثلا وقتی یک کاغذ رو میسوزونیم هم آنتروپیش زیاد میشه (دقیقا مطابق همون تعریفی که پست قبل نوشتم برای dS) و هم آنتالپیش منفیه؛ چون داره انرژی درونیش رو در قالب حرارت از دست میده.

2. یا تغییرات آنتروپی مثبت، تغییرات آنتالپی مثبت باشه. مثل یخی که ذوب میشه. آنتروپیش زیاد میشه چون مایع بی نظم تر از جامد هستش. اما آنتالپی مثبته؛ چون انرژی درون سیستم بالا میره و این بالا رفتن در قالب بدست آوردن حرارت و گرما از جهان بیرون هستش.

3. یا تغییرات آنتروپی منفی، تغییرات آنتالپی منفی باشه. مثل وقتی که آب رو در یخچال میزاریم و یخ میشه. آنتروپی سیستم پایین میاد، و تغییرات آنتالپی منفی هست چون سیستم داره انرژی درونیش رو در قالب حرارت و گرما از دست میده.

و همین! نه ذره ای بیشتر نه ذره ای کمتر. هروقت گیج شدید که کدوم فرآیند در ترمودینامیک خود به خودی هست یا نه؛ این سه شرط رو چک کنید. هر کدوم برقرار بود خود به خودیه. اگر هیچ کدوم برقرار نبود خود به خودی نیست.

وقتی وزنه به نخ آویزونه توی همون حالت تا قیامت میمونه. مگه یکی بیاد نخ رو ببره. نخ هم بریده بشه جسم میخوره به زمین و تا قیامت نوسان میکنه. مگه این که سطح زمین اصطکاک داشته باشه و انرژی جسم در همین نوسانات از دست بره. اگر انرژی جسم در قالب گرما از دست بره، اونوقت حق داریم که بگیم تغییرات آنتروپی برای جهان مثبت هست و برای سیستم منفی هست. چون dQ برای هر دوی این ها قابل تعریف و در نظر گرفتن هستش. اونوقت میتونیم مثلا مورد 1 یا 2 رو به سیستمون نسبت بدیم. میدونید؟ توی مثال آخری که پرسیدید، طی واکنش گلوکز به آب و گاز کربنیک تغییرات آنتروپی مثبته و احتمالا تغییرات آنتالپی منفی (یعنی سیستم انرژی گرمایی تولید میکنه.) پس فرآیند خود به خودیه طبق مورد شماره 1. اما عکسش، که آنتروپی منفی هست و آنتالپی مثبت؛ در هیچ کدوم از 3 شرط خود به خودی بودن فرآیند نمیگنجه و خب خود به خودی نیست. به همین سادگی.

ارسال پست