آنتروپی

در مکانیک آماری، آنتروپی (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 ژئوپلتیکیست 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.

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]