آنتروپی

در مکانیک آماری، آنتروپی (به انگلیسی: Entropy) (به فرانسوی: Entropie) یا درگاشت(با نماد S) یک خاصیت شدتی در یک سیستم ترمودینامیکی است. آنتروپی با تعداد Ω آرایش‌های میکروسکوپی که یک سیستم ترمودینامیکی، در حالتی که با چندین متغیر ماکروسکوپیک از پیش تعیین شده می‌تواند داشته باشد، مرتبط است. به عبارتی، آنتروپی یک سامانه‌ی فیزیکی، کمترین تعداد ذراتی که برای تعریف صحیح حالت دقیق سامانه لازم است، می‌باشد. آنتروپی نمایندهٔ تصادفی بودن مولکول‌ها است و در واقع ویژگی‌های یک سامانه را تعریف می‌کند. این واژه در رشته‌های گوناگون علمی، معانی متفاوت پیدا کرده‌است. موضوع دیگر مرتبط با انتروپی در مقوله نظامات ژئوپلتیکی است که توسط سایل بی کوهن مطرح شده به عقیده او هرچه سیستم ژیوپلتیکی بسته تر باشد آنتروپی افزایش و توانایی آن کاهش یافته و به نابودی تهدید می‌شود. عوامل ده‌گانه انتروپی از نظر او :۱. میزان پس‌انداز ۲. تولید کشاورزی۳. تولید صنعتی ۴. صادرات تحقیق و توسعه ۵. تعداد دانشمندان ۶. تعداد مهندسین ۷. کاهش دیون ۸. کاهش وابستگی به سوخت ۹. مبادله علمی ۱۰. تعداد اختراعاتی که ثبت شده.

Entropy
نمادهای رایج	S
دستگاه بین‌المللی یکاها	joules per kelvin (J⋅K−1)
یکای اصلی اس‌آی	kg⋅m2⋅s−2⋅K−1

ترمودینامیک
موتور حرارتی کلاسیک کارنو
شاخه‌ها کلاسیک آماری شیمیایی تعادلی / غیر تعادلی
قوانین صفرم اول دوم سوم
سیستم‌ها حالت معادله حالت گاز ایده‌آل گاز حقیقی فازهای ماده تعادلی حجم کنترل دستگاه‌ها فرایندها هم‌فشار هم‌حجم هم‌دما بی‌دررو هم‌آنتروپی هم‌آنتالپی شبه‌تعادلی پلی تروپیک گسترش آزاد برگشت‌پذیر برگشت‌ناپذیر Endoreversibility چرخه‌ها ماشین‌های گرمایی پمپ‌های حرارتی بازده حرارتی
خواص سامانه یادداشت: متغیرهای مزدوج (ترمودینامیک) به صورت مورب نمودارهای خاصیت خواص شدتی و مقداری تابع حالت دما / آنتروپی (معرفی) فشار / حجم پتانسیل شیمیایی / تعداد ذره کیفیت بخار خواص کاهیده توابع مسیر کار گرما
خواص مواد پایگاه‌های دادهٔ خاصیت ظرفیت گرمایی  $c=$ $T$ $\partial S$ $N$ $\partial T$ ضریب تراکم‌پذیری همدما  $\beta =-$ $1$ $\partial V$ $V$ $\partial p$ ضریب انبساط گرمایی  $\alpha =$ $1$ $\partial V$ $V$ $\partial T$
معادلات قضیه کارنو قضیه کلازیوس رابطه ترمودینامیکی بنیادی قانون گاز آرمانی روابط ماکسول (ترمودینامیک) روابط متقابل اونزاگر معادلات بریجمن جدول معادلات ترمودینامیکی
پتانسیل‌ها انرژی آزاد آنتروپی آزاد انرژی درونی $U(S,V)$ آنتالپی $H(S,p)=U+pV$ انرژی آزاد هلمولتز $A(T,V)=U-TS$ انرژی آزاد گیبس $G(T,p)=H-TS$
تاریخچه فرهنگ تاریخچه پیشینه حرارت آنتروپی قوانین گاز "Perpetual motion" machines فلسفه آنتروپی و زمان آنتروپی و زندگی چرخ جغجغه براونی شیطان ماکسول پارادوکس مرگ گرما پارادوکس لوشمیت Synergetics نظریه‌ها نظریه کالریک تئوری گرما Vis viva ("living force") هم ارزی مکانیکی گرما Motive power نشریه‌های کلیدی "An Experimental Enquiry Concerning ... Heat" "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" "Reflections on the Motive Power of Fire" گاه‌شمارها ترمودینامیک موتورهای حرارتی هنر آموزش سطح ترمودینامیکی ماکسول آنتروپی به عنوان پراکندگی انرژی
دانشمندها برنولی کارنو کلاپیرون کلاوزیوس کاراتئودوری دوهم گیبس فون هلمهولتز ژول ماکسول فون مایر اونزاگر رانکین اسمیتون استال تامسون تامسون واترستون
کتاب:ترمودینامیک

مقالات آنتروپی
درآمد
تاریخچه
کلاسیک
آماری

تعاریف

• آنتروپی یا بی نظمی (آشفتگی) یا عدم قطعیت یک سیستم را بیان می‌کند.
• آنتروپی بردار زمان (درگاشت) است یعنی یک شاخص اساسی برای تشخیص گذشت زمان است. هر جا مقدار آنتروپی افزایش داشته باشد، نشان می‌دهد که پیکان زمان به سمت آینده است.
• از دیدگاه انرژی آزاد انتروپی با گرمایی که برای انجام کار در دسترس نیست، ارتباط دارد.
• انتروپی اندازهٔ بی‌نظمی سامانه (سیستم) یا ماده‌ای است که در حال بررسی است.
• انتروپی معیاری از اشتباهات تصادفی است که در هنگام انتقال یک سیگنال به وجود می‌آید؛ بنابراین می‌تواند معیاری از بازده‌ی سیستم ارسال پیام باشد.
• انتروپی معیاری از تعداد حالت‌های داخلی است که یک سیستم می‌تواند داشته باشد، بدون آنکه برای یک ناظر خارجی که فقط کمیت‌های ماکروسکوپیک (مثلاً جرم، سرعت، بار و…) آن را مشاهده می‌کند، متفاوت به نظر برسد.

مفهوم ترمودینامیکی

انتروپی ($S$) کمیتی ترمودینامیکی است که اندازه‌ای برای درجهٔ بی‌نظمی در هر سیستم است. هر چه درجهٔ بی‌نظمی بالاتر باشد، آنتروپی بیشتر است؛ بنابراین برای یک مادهٔ معین در حالت تعادل درونی کامل در هر حالت: انتروپی جامد <انتروپی مایع <انتروپی گاز

واحد انتروپی در سیستم SI، ژول بر کلوین است. ($J/K$) و توجه به این نکته ضروری است که انتروپی یک تابع حالت و مستقل از مسیر است. با فرض صادق بودن قانون سوم ترمودینامیک می‌توان به صورت زیر مقدار مطلقی برای انتروپی جامدات در دماهای بالا بدست آورد:

$S=\int _{0}^{T}C_{p}dT/T$

در صورتی که مادهٔ مورد نظر در دماهای بالا تحت استحاله‌های فازی قرار گرفته و حالت آن تغییر یابد، باید از صورت کلی فرمول انتروپی به شکل زیر استفاده کرد:

$S=\int _{0}^{T_{m}}C_{p}(s)dT/T+{\frac {\Delta {H_{m}}}{T_{m}}}+\int _{T_{m}}^{T_{v}}C_{p}(l)dT/T+{\frac {\Delta {H_{v}}}{T_{v}}}+\int _{T_{v}}^{T}C_{p}(g)dT/T$

که در این فرمول، T_m دمای ذوب، T_v دمای جوش، ΔH_m تغییر آنتالپی در اثر ذوب، ΔH_v تغییر آنتالپی در اثر جوش و (C_p(l), C_p(s و (C_p(g به ترتیب ظرفیت گرمایی ماده در حالت جامد، مایع و گاز در فشار ثابت هستند.

دمای برگشت‌پذیر یک فرایند بسیار کوچک:

$dS={\frac {\delta {q}_{rev}}{T}}$

جستارهای وابسته

• انتروپی آماری (وضعیتی)
• قانون سوم ترمودینامیک
• انتروپی سیاهچاله
• مکانیک آماری
• آنتروپی اطلاعات
• اصل حداکثر آنتروپی
• حداکثر آنتروپی ترمودینامیک

منابع

• Peter Atkins and Julio de Paula, Physical chemistry, W. H. Freeman; 8th edition, U.S.A, 2006. ISBN 0-7167-8759-8
• Ingo Muller, Wolf Weiss, Entropy and Energy: A Universal Competition, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2005. ISBN 978-3-540-24281-9

آنتروپی چیست؟ عرفان کسرایی دانشگاه کاسل آلمان [۱]