Entropy

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Với entropy trong lý thuyết thông tin, xem entropy thông tin. Kết hợp của cả hai, xem Entropy trong nhiệt động học và lý thuyết thông tin. Với các cách dùng khác, xem Entropy (không rõ ràng), và các bài viết khác trong Thể loại:Entropy.

Tan đá – thí dụ căn bản của sự tăng lên entropy

Trong nhiệt động lực học, entropy nhiệt động lực (hay gọi đơn giản là entropy) $d S$ là một đơn vị đo lường khối lượng năng lượng $d Q$ phát tán/hấp thụ khi một hệ vật lý chuyển trạng thái tại một nhiệt độ tuyệt đối xác định $T$ ( $d S = d Q / T$ ). Trong cơ học thống kê, entropy được định nghĩa như là một đơn vị đo lường khả năng mà một hệ có thể rơi vào trạng thái độ trong một tình trạng, nó thường được gọi là "sự lộn xộn" hay "tính bừa" thể hiện trong một hệ.^[1]

[sửa] Lịch sử

Rudolf Clausius - Cha đẻ của khái niệm entropy.

Bài chi tiết: Lịch sử của entropy

Lịch sử của entropy bắt đầu với công trình của nhà toán học người Pháp Lazare Carnot, quyển Các nguyên lý cơ bản của cân bằng và chuyển động (1803). Trong tác phẩm này, ông đã đề xuất nguyên lý cho rằng tất cả những sự gia tốc và va chạm của các phần đang chuyển động trong mọi cơ cấu đều có hiện diện của những hao tổn về "moment hoạt động". Nói cách khác, trong bất kỳ một quá trình tự nhiên nào đều tồn tại một xu hướng cố hữu của sự tiêu tán năng lượng hữu ích. Dựa trên công trình này, năm 1824 con trai của Lazare là Sadi Carnot đã xuất bản cuốn Những suy ngẫm về năng lượng phát động của lửa. Trong đó, ông nêu ra quan điểm rằng trong mọi động cơ nhiệt, mỗi khi calo, mà ngày nay gọi là nhiệt, "rơi" do một sự sai khác nhiệt độ, thì công hay năng lượng phát động có thể được sinh ra từ những tác dụng của "sự rơi calo" giữa một vật nóng và một vật lạnh. Đây là những nhận thức ban đầu về nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học.

Carnot đã xây dựng quan điểm về nhiệt của mình một phần dựa vào "Giả thuyết Newton" (đầu thế kỉ 18). Giả thuyết này cho rằng cả nhiệt và ánh sáng là những loại khác nhau của những dạng vật chất không thể phá hủy, bị hút và đẩy bởi những vật chất khác. Ông cũng dựa vào quan niệm của Count Rumford, người đã chỉ ra rằng nhiệt có thể được sinh ra do ma sát như khi các nòng đại bác nã đạn. Do đó, Carnot đã suy luận rằng nếu một vật thể chứa vật chất sinh công, chẳng hạn như một vật chứa hơi nước, được đưa lại điều kiện ban đầu của nó (nhiệt độ và áp suất) ở cuối của một chu trình máy, thì "không có thay đổi nào trong trạng thái của vật sinh công." Chú thích này sau đó được thêm vào như là những chú thích nhỏ ở cuối trang trong quyển sách của ông, và chính nó đã dẫn đến sự phát triển của khái niệm entropy.

Trong thập niên 1950 và và thập niên 1960 sau đó, nhà vật lý người Đức Rudolf Clausius đã phản đối mạnh mẽ giả thuyết trên của Carnot. Clausius cho rằng phải có sự thay đổi trạng thái của vật sinh công và đưa ra cách giải thích toán học cho sự thay đổi đó, bằng cách nghiên cứu bản chất của sự tự hao tổn nhiệt hữu ích khi thực hiện công, chẳng hạn như khi nhiệt được sinh ra do ma sát. Đây là điều trái ngược với các quan điểm trước đó, dựa vào lý thuyết của Newton, rằng nhiệt là hạt bền vững có khối lượng. Sau đó, các nhà khoa học như Ludwig Boltzmann, Willard Gibbs, và James Clerk Maxwell đã chỉ ra cơ sở thống kê của entropy; Carathéodory đã kết hợp entropy với một định nghĩa toán học của sự bất thuận nghịch.

[sửa] Định luật thứ hai

Có nhiều cách để phát biểu định luật thứ hai của nhiệt động học như:'Nhiệt chỉ co thể tự truyền từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn'. hoặc' Trong bất kì một quá trình tự diễn biến nào, êntropi tổng của hệ và môi trường xung quanh phải tăng'.

[sửa] Định nghĩa nhiệt động lực học

Vào những năm đầu thập kỉ 1850, Rudolf Clausius đã đưa ra khái niệm về năng lượng phân hủy.Đặc biệt hơn, ông đã đưa ra tiếp khái niệm về hệ nhiệt động học và đã tạo nên một cuộc tranh luận gắt gao về vấn đề rằng trong bất ki một quá trình phản ứng một chiều nào thì một phần nhỏ năng lượng dQ cũng sẽ thoát ra ngoài hệ. Năm 1876, kĩ sư hóa học Willard Gibbs, dựa trên những nghiên cứu của Clausius và Hermann von Helmholtz, đã đưa ra cách nhìn mới về năng lượng tự do Gibbs,trong nhiệt động học sử dụng giá trị T.ΔS để chỉ phần năng lượng mất đi của hệ ΔH.Những khái niệm về nhiệt động học tiếp tục được phát triển bởi James Clerk Maxwell [1871] và Max Planck [1903].