ما هو كل شيء عن الانتروبيا؟ وبما أن كلا من الفيزياء والكيمياء لهما أهمية كبيرة في المجتمع، فمن خلال كلا المجالين، اخترع العلماء العديد من الأشياء التي بدورها جعلت حياتنا أسهل من ذي قبل، مثل الكهرباء وأدوات الاتصال والأسلاك والعديد من الأجهزة الطبية التي ساعدت في إنقاذ حياة الكثير من الناس. مبدأ الإنتروبيا له نفس القدر من الأهمية لأنه يرتبط بالفيزياء والكيمياء والعديد من المجالات الأخرى.
الانتروبيا هو بيان
الإنتروبيا هي إنتروبيا حرارية وتسمى الإنتروبيا وتعني ميل أي نظام مغلق للخضوع للتغير التلقائي حتى يصل إلى حالة توزيع موحدة في جميع أجزائه مثل نفس درجة الحرارة ونفس الكثافة ونفس الضغط.
تعتبر الإنتروبيا أحد المبادئ المهمة جدًا في الفيزياء والكيمياء، بالإضافة إلى كونها قابلة للتطبيق في العديد من المجالات الأخرى مثل الاقتصاد وعلم الفلك، لأن الإنتروبيا جزء مهم ورئيسي من الديناميكا الحرارية ومبدأ أساسي في الكيمياء الفيزيائية.
أهم الأشياء عن الانتروبيا
هناك عدة نقاط رئيسية تتعلق بالإنتروبيا وهي كما يلي:
- الإنتروبيا هي أداة خاصة لقياس العشوائية والفوضى في أي نظام.
- تعتمد قيمة الإنتروبيا بشكل أساسي على كتلة النظام ويشار إليها بالرمز S.
- يتم قياس الانتروبيا بالجول / كلفن.
- الإنتروبيا لها خاصية كونها إما سلبية أو إيجابية وفقا للديناميكا الحرارية، وتحديدا قانونها الثاني.
أمثلة على الانتروبيا
هناك العديد من الأمثلة المختلفة للإنتروبيا، بما في ذلك ما يلي:
- عندما يذوب المكعب، تزداد الإنتروبيا، ومن السهل أن نتخيل كيف تزداد الفوضى في النظام عندما يذوب المكعب. الثلج هو مادة مرتبطة بالنسيج البلوري، ومع ذوبانه تكتسب هذه الجزيئات المزيد من الطاقة، والتي بدورها تساعدها على الابتعاد عن بعضها البعض، مما يؤدي إلى تفكك المبنى المكعب.
- انتقال السائل من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية نفس الخطوات المتبعة في نظام تحلل مكعبات الثلج، مع زيادة مستمرة في الفوضى والعشوائية، بسبب تبخر الماء، زادت طاقة النظام.
أهمية الانتروبيا في حياتنا
وبعد عدة نتائج وعدة دراسات تبين أن للإنتروبيا مميزات عديدة منها ما يلي:
- يعد الارتباط المنتظم للخلية الحية مع الخلايا الأخرى لتكوين الأنسجة أحد أنظمة الإنتروبيا، والسبب في اتحاد الخلايا بهذه الطريقة هو الحفاظ على الصحة الجيدة.
- ساعد هذا الاكتشاف في إنتاج الأنسجة والأعضاء الاصطناعية بناءً على مبادئ الديناميكا الحرارية.
- اكتشف العلماء أن عملية تكوين الأعضاء تتطلب تكوين عدة مجموعات من الأنسجة، ولتكوين هذه الأنسجة يجب تكوين عدة خلايا متجاورة، ولكي تتحد هذه الخلايا وتصطف، تحدث عدة تفاعلات كيميائية حيوية.
مؤسس الانتروبيا
كان مؤسس علم الإنتروبيا عالم فيزياء ألماني. درس الفيزياء في الجامعة وتخصص فيها بتعيينه أستاذاً للفيزياء في كلية التكنولوجيا بجامعة برلين، خاصة في أواخر الثمانينات.
افترض رودولف القانون الثاني للديناميكا الحرارية، مؤسسًا ما يسمى بعلم الإنتروبيا. وينص هذا القانون على أن الحرارة من الجسم البارد لا يمكن أن تنتقل إلى الجسم الساخن، وأكد وجودها. ما يسمى بمبدأ الإنتروبيا، وهو ما يعني اضمحلال الطاقة المتاحة.
تمت ترقية رودولف إلى أستاذ في جامعة فورتسبورغ عام 1867، متخصصًا في الفيزياء، وأيضًا في جامعة بون في أواخر القرن الثامن عشر. توفي رودولف في 24 أغسطس 1888م.
الانتروبيا في الديناميكا الحرارية
في الديناميكا الحرارية يصف الباحثون تبادل الطاقة بين الوسط المحيط والنظام، وهناك طريقتان للتفاعل بين هذا الوسط والنظام إما أن يكون هناك تبادل للحرارة بينهما أو تبادل للعمل، وعندما يتم تبادل الحرارة ، تصبح إنتروبيا النظام هي إنتروبيا الوسط المحيط، وعندما يكون المجموع موجبا يصل النظام إلى أقصى حالة صفر، وهي حالات ميكروية، ونجد أن تغير الإنتروبيا يحدث تلقائيا، دون اضطرابات.
الإنتروبيا والطاقة الداخلية والقانون الثاني للديناميكا الحرارية
وهي من أفضل المعادلات في الديناميكا الحرارية والكيمياء الفيزيائية، كما أنها تربط الإنتروبيا بالطاقة الداخلية للنظام على النحو التالي:
يعتبر التغير هنا في الطاقة الداخلية نفسها dU، وذلك لأن درجة الحرارة المطلقة T مضروبة في التغير في الإنتروبيا dS، بعد إزالة الضغط الخارجي P، بالإضافة إلى إزالة التغير في الحجم dV، و وينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الإنتروبيا لا تقل في الأنظمة المغلقة، بالإضافة إلى الإنتروبيا فإنها لا تقل في أي نظام إلا إذا زادت إنتروبيا نظام آخر.
الإنتروبيا، كما يقول الفيزيائي محمد صابر
وهو مقياس للفوضى والعشوائية داخل أي نظام، بالإضافة إلى أنه من أهم خصائص الديناميكا الحرارية لأن قيمته تتغير بتغير كمية المواد الموجودة بداخله. تعد الإنتروبيا أيضًا أحد أهم المبادئ في الفيزياء والكيمياء، وتستخدم في العديد من المجالات الأخرى، لذا فإن الإنتروبيا مهمة حاليًا.
وأخيراً تعلمنا أن الإنتروبيا هي إنتروبيا حرارية لأن ذوبان مكعب الجليد يمثل مستوى الإنتروبيا ويزداد بسبب كمية الفوضى التي تزداد في النظام مع ذوبان المكعب، والسبب في ذلك هو أن الجليد المكعب هو مادة مترابطة من خلال تركيبة بلورية، وعند ذوبان هذه الجزيئات تكتسب المزيد من الطاقة، وهذا بدوره يساعدها على الابتعاد عن بعضها البعض ويزيد من مستوى الإنتروبيا.