एन्ट्रॉपी और द्वितीय नियम

ऊष्मागतिकी का द्वितीय नियम

एन्ट्रॉपी मापती है कि किसी तंत्र की ऊर्जा कितनी फैली हुई या अव्यवस्थित है। जब भी किसी वस्तु में ऊष्मा प्रवाहित होती है, उसकी एन्ट्रॉपी बढ़ती है — और द्वितीय नियम कहता है कि किसी पृथक तंत्र की कुल एन्ट्रॉपी कभी नहीं घटती, केवल वही रहती है या बढ़ती है। यही कारण है कि ऊष्मा हमेशा अपने आप गर्म से ठंडे की ओर बहती है, और इंजन कभी अपनी सारी ऊष्मा को उपयोगी कार्य में नहीं बदल सकते।

सूत्र

ΔS = Q / T

• ΔS — एन्ट्रॉपी परिवर्तन (J/K): तंत्र की एन्ट्रॉपी कितनी बढ़ती है
• Q — ऊष्मा (J): तंत्र में प्रवाहित होने वाली ऊष्मा ऊर्जा
• T — तापमान (K): वह निरपेक्ष तापमान जिस पर ऊष्मा जोड़ी जाती है

हल किया गया उदाहरण

600 जूल ऊष्मा एक स्थिर 300 केल्विन पर रखे पानी के बड़े टैंक में प्रवाहित होती है। पानी की एन्ट्रॉपी कितनी बढ़ती है?

• Q = 600 J
• T = 300 K

1. ΔS = Q / T
2. ΔS = 600 J / 300 K

ΔS = 2 J/K

स्वयं को परखें

आप इसे कहाँ देखते हैं

गर्म कॉफ़ी कमरे के तापमान तक ठंडी हो जाती है और कभी अपने आप दोबारा गर्म नहीं होती; गिरा हुआ मग बिखर जाता है और कभी अपने आप दोबारा जुड़कर पहले जैसा नहीं होता; आपकी ड्रिंक में डाली बर्फ़ पिघल जाती है और वहीं दोबारा जमती नहीं। रोज़मर्रा की इन एक-तरफ़ा घटनाओं में से हर एक द्वितीय नियम का चेहरा दिखाना है — हर एक उसी तरह घटित होती है क्योंकि उसी दिशा में जाने से कुल एन्ट्रॉपी बढ़ती है।

सामान्य गलतियाँ

एन्ट्रॉपी को अव्यवस्था का कोई धुंधला पर्यायवाची मान बैठना असली गणित को छिपा देता है: परिवर्तन है ऊष्मा को तापमान से विभाजित करना, ΔS = Q / T, इसलिए 300 K के टैंक में प्रवाहित होते 600 J ऊष्मा से एन्ट्रॉपी 2 J/K बढ़ती है। फिर वह आधा हिस्सा जो सहज बुद्धि के उलट है: वही 600 J एक ठंडे 200 K टैंक में जाने पर 3 J/K देता है — ठंडी वस्तु उसी ऊष्मा से और भी ज़्यादा एन्ट्रॉपी प्राप्त करती है, और ठीक यही कारण है कि ऊष्मा गर्म से ठंडे की ओर बहती है और कभी उलटी नहीं। यह नियम पृथक तंत्रों की कुल एन्ट्रॉपी को नियंत्रित करता है; रेफ़्रिजरेटर अपने भीतर की चीज़ों को केवल कहीं और एन्ट्रॉपी बढ़ाकर ही ठंडा करता है।

यह कैसे जुड़ता है

द्वितीय नियम इस मॉड्यूल के पहले के दोनों 'कभी नहीं' के पीछे का कभी-नहीं है: ऊष्मा का केवल गर्म से ठंडे की ओर बहना (कैलोरीमिति का आरंभिक तथ्य) और किसी भी इंजन का पूर्ण रूपांतरण तक न पहुँच पाना (कार्नो सीमा) — दोनों एन्ट्रॉपी का लेखा-जोखा हैं। यह ऊष्मागतिकी इकाई का समापन इस रूप में करता है कि यह भौतिकी का एकमात्र मूल नियम है जिसमें समय की दिशा पहले से शामिल है — ब्रह्मांड की कुल एन्ट्रॉपी बढ़ती ही जाती है, अपरिवर्तनीय ढंग से।

सिमुलेशन आज़माएँ

• समतापी प्रसार — एंट्रॉपी परिवर्तन
• उत्क्रमणीय कार्नो चक्र — एंट्रॉपी

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