ما هو الانتروبيا نظرًا لأن كل من علوم الفيزياء والكيمياء له أهمية كبيرة بالنسبة للمجتمع، فقد ابتكر العلماء في كل من المجالين العديد من الأشياء، والتي بدورها جعلت حياتنا أسهل من ذي قبل، مثل اختراع الكهرباء، ووسائل الاتصال، موصلات والعديد من الأجهزة الطبية التي ساعدت في إنقاذ حياة العديد من الناس مبدأ الانتروبيا له نفس المعنى من حيث علاقته بالفيزياء والكيمياء والعديد من المجالات الأخرى.
الانتروبيا تقريبا
الانتروبيا هي خمول حراري، والانتروبيا هي ميل أي نظام مغلق للتحول تلقائيًا حتى يتم الوصول إلى حالة توزيع موحدة في جميع الأجزاء، مثل درجات الحرارة المتساوية والكثافة المتساوية والضغط المتساوي.
يعد الانتروبيا من بين المبادئ المهمة جدًا في الفيزياء والكيمياء بالإضافة إلى تطبيقه في العديد من المجالات الأخرى مثل الاقتصاد وعلم الفلك، نظرًا لأن الانتروبيا جزء مهم وأساسي من الديناميكا الحرارية ومبدأ أساسي في الكيمياء الفيزيائية.
نقاط مهمة حول الانتروبيا
هناك العديد من النقاط الرئيسية المتعلقة بالانتروبيا وهي كالتالي
- الانتروبيا هي أداة محددة لقياس عشوائية وفوضى النظام.
- تعتمد قيمة الانتروبيا بشكل أساسي على كتلة النظام ويتم التعبير عنها بالرمز S.
- وحدة الإنتروبيا هي جول / كلفن.
- وفقًا للديناميكا الحرارية، وخاصة القانون الثاني، فإن الانتروبيا لها خاصية القدرة على أن تكون إيجابية أو سلبية.[1]
أمثلة على الانتروبيا
هناك العديد من الأمثلة المختلفة للإنتروبيا، بما في ذلك ما يلي
- عندما يذوب مكعب الثلج، تزداد الإنتروبيا، ومن السهل تخيل الفوضى المتزايدة في النظام عندما يذوب المكعب.
- انتقال السائل من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، بنفس خطوات نظام تكسير مكعبات الثلج، مع الزيادة المستمرة في الفوضى والعشوائية، بسبب تبخر الماء، زادت طاقة النظام.
انظر أيضاً وحدة قياس العمل في النظام الدولي
أهمية الانتروبيا في حياتنا
بعد العديد من النتائج والعديد من الدراسات، وجد أن الانتروبيا لها العديد من الفوائد، بما في ذلك ما يلي
- إن اتصال الخلية الحية بانتظام مع الخلايا الأخرى لتكوين الأنسجة هو نظام إنتروبيا والسبب في اتحاد الخلايا بهذه الشرح طريقة هو التمتع بصحة جيدة.
- ساعد هذا الاكتشاف في تكوين الأنسجة والأعضاء الاصطناعية بناءً على مبادئ الديناميكا الحرارية.
- توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن عملية تكوين العضو تتطلب تكوين مجموعات متعددة من الأنسجة، ومن أجل تكوين هذه الأنسجة، يجب تكوين خلايا متجاورة متعددة، ولكي تلتقي هذه الخلايا لتتماشى مع بعضها البعض، تحدث تفاعلات كيميائية حيوية متعددة.
مؤسس علم الانتروبيا
مؤسس علم الانتروبيا هو رودولف كلوز وكان كلوز فيزيائيًا من ألمانيا. درس في المدارس الألمانية حتى وصل إلى الجامعة. درس الفيزياء في الجامعة وتخصص فيها، بالإضافة إلى دخوله المجال التربوي، ولا سيما في نهاية القرن التاسع عشر عين أستاذا للفيزياء في جامعة برلين في كلية الهندسة.
طرح رودولف فرضية القانون الثاني للديناميكا الحرارية لدعم ما يسمى بعلم الانتروبيا، وأثبت هذا القانون أنه من المستحيل نقل حرارة الجسم البارد إلى جسم ساخن، مؤكداً على وجود ما يصبح هذا يسمى مبدأ الانتروبيا، مما يعني تبديد الطاقة المتاحة.
تمت ترقية رودولف إلى درجة الأستاذية في جامعة فورتسبورغ في مجال الفيزياء عام 1867 م وأيضًا في جامعة بون في أواخر القرن الثامن عشر، وتوفي رودولف في 24 أغسطس 1888 م.[2]
الانتروبيا في الديناميكا الحرارية
في الديناميكا الحرارية، يصف العلماء تبادل الطاقة “تبادل الطاقة” بين الوسط المحيط والنظام، وهناك طريقتان للتفاعل بين هذا الوسط والنظام، إما التبادل الحراري “للطاقة” بينهما، أو تبادل العمل، وعندما يتم تبادل الحرارة، يغير نظام إنتروبيا إنتروبيا الوسط المحيط، وعندما يكون المجموع موجبًا، يصل النظام إلى معظم حالاته الدقيقة، وعند هذه النقطة يحدث تغيير الإنتروبيا من تلقاء نفسه دون اضطراب.
أنظر أيضا عدد مقسم إلى عاملين لهما نفس العدد الأولي
الانتروبيا والطاقة الداخلية والقانون الثاني للديناميكا الحرارية
تتضمن بعض أفضل المعادلات في الديناميكا الحرارية والكيمياء الفيزيائية وأيضًا فيما يتعلق بالانتروبيا مع الطاقة الداخلية للنظام ما يلي
- dU = TdS – pdV
يُنظر إلى التغيير هنا في الطاقة الداخلية نفسها dU، وهذا هو ناتج ضرب الحرارة المطلقة T في تغير الانتروبيا dS، بعد طرح الضغط الخارجي P، جنبًا إلى جنب مع تغيير الحجم dV، ويكتب القانون الثاني للديناميكا الحرارية افترض أن الأنظمة المغلقة لا تقلل من الانتروبيا بداخلها، وأن الإنتروبيا لا تنقص في أي نظام ما لم يتم زيادة إنتروبيا نظام آخر.
الانتروبيا، كما يقول الفيزيائي محمد صابر
إن مقياس الفوضى والعشوائية في أي نظام ليس فقط من أهم خصائص الديناميكا الحرارية، ولكنه أيضًا أحد أهم المبادئ في مجالي الفيزياء والكيمياء، ويعزى ذلك إلى التغير في قيمته من خلال تغيير كمية المواد التي تحتوي عليها والانتروبيا تُستخدم في العديد من المجالات الأخرى، لذا فإن الإنتروبيا هي أقصى حد مهم في الوقت الحالي.[3]
في النهاية، عرفنا أن الانتروبيا هي خمول حراري حيث يمثل ذوبان مكعب الجليد مستوى الانتروبيا ويزداد بسبب مقدار الفوضى التي تزداد مع ذوبان المكعب داخل النظام والسبب هو أن مكعب الجليد هو ترتبط المادة ببعضها البعض بنسيج شبيه بالبلور، وعند ذوبان هذه الجسيمات تكتسب المزيد من الطاقة، مما يساعدها بدوره على التحرك بعيدًا عن بعضها ويزيد من مستويات الانتروبيا.
- ^mindco.com، تعريف الانتروبيا في العلوم 09/19/2022
- ^universetoday.com، ما هو الانتروبيا 09/19/2022
- ^mindco.com، تعريف الانتروبيا في العلوم 09/19/2022