एन्ट्रॉपी व दुसरा नियम
उष्मागतिशास्त्राचा दुसरा नियम
एन्ट्रॉपी मोजते प्रणालीची ऊर्जा किती पसरलेली किंवा अव्यवस्थित आहे. उष्मा वस्तूत शिरल्यावर तिची एन्ट्रॉपी वाढते — व दुसरा नियम सांगतो पृथक प्रणालीची एकूण एन्ट्रॉपी कधीच कमी होत नाही, तशीच राहते किंवा वाढते. म्हणूनच उष्मा स्वतःहून नेहमी गरमाकडून गाराकडे वाहते, व म्हणूनच इंजिन त्यांची सर्व उष्मा उपयोगी कार्यात बदलू शकत नाहीत.
सूत्र
ΔS = Q / T
- ΔS — एन्ट्रॉपी-बदल (J/K): प्रणालीची एन्ट्रॉपी कितीने वाढते
- Q — उष्मा (J): प्रणालीत शिरणारी उष्मा-ऊर्जा
- T — तापमान (K): ज्या निरपेक्ष तापमानावर उष्मा दिली जाते
सोडवलेले उदाहरण
600 जूल उष्मा 300 केल्व्हिनवर स्थिर धरलेल्या मोठ्या पाण्याच्या टाकीत शिरते. पाण्याची एन्ट्रॉपी कितीने वाढते?
- Q = 600 J
- T = 300 K
- ΔS = Q / T
- ΔS = 600 J / 300 K
ΔS = 2 J/K
स्वतःची चाचणी घ्या
तीच 600 जूल उष्मा आता त्याऐवजी 200 केल्व्हिनच्या थंड टाकीत शिरते. एन्ट्रॉपी-बदल किती?
- 1200 J/K
- बरोबर उत्तर: 3 J/K
- 0.33 J/K
बरोबर! ΔS = 600 J ÷ 200 K = 3 J/K. थंड वस्तूला समान उष्मेच्या जास्त एन्ट्रॉपी मिळते.
गरम कॉफीच्या पेल्यातून उष्मा खोलीच्या थंड हवेकडे का वाहते, व उलट दिशेने कधीच का नाही?
- बरोबर उत्तर: कारण त्या दिशेने गेल्यावर एकूण एन्ट्रॉपी वाढते
- कारण त्या दिशेने गेल्यावर एकूण एन्ट्रॉपी कमी होते
- कारण दोन्ही दिशांनी एन्ट्रॉपी नेमकी समान राहते
नेमके — समान उष्मा थंड हवेत जास्त एन्ट्रॉपी वाढवते, गरम कॉफीतून जितकी कमी होते त्यापेक्षा जास्त, म्हणून एकूण एन्ट्रॉपी वाढते.
हे कुठे दिसते
गरम कॉफी खोलीच्या तापमानावर गार होते व स्वतःहून पुन्हा कधीच तापत नाही; पडलेला मग तुटतो व पुन्हा जुळत नाही; बर्फ तुमच्या पेयात विरतो व तिथेच पुन्हा गोठत नाही. या प्रत्येक एकमार्गी रोजच्या घटना दुसऱ्या नियमाचे दर्शन आहेत — प्रत्येक त्या दिशेनेच घडते कारण ती दिशा एकूण एन्ट्रॉपी वाढवते.
सामान्य चुका
एन्ट्रॉपीला फक्त गोंधळाचा शब्दकळा समजून घेणे खरी अंकगणिताला झाकते: बदल म्हणजे उष्मा भागून तापमान, ΔS = Q / T, म्हणून 300 K च्या टाकीत गेलेली 600 J उष्मा एन्ट्रॉपी 2 J/K ने वाढवते. मग न समजणारा भाग: तीच 600 J थंड 200 K च्या टाकीत गेल्यावर 3 J/K मिळते — थंड वस्तूला समान उष्मेची जास्त एन्ट्रॉपी मिळते, व नेमके म्हणूनच उष्मा गरमाकडून गाराकडे वाहते, परत कधी नाही. हा नियम पृथक प्रणालींच्या एकूण एन्ट्रॉपीवर चालतो; रेफ्रिजरेटर आतमध्ये गार करतो, पण दुसरीकडे एन्ट्रॉपी वाढवूनच.
कसे जोडले जाते
दुसरा नियम म्हणजे या विभागाच्या आधीच्या दोन 'कधीच' मागचे 'कधीच': उष्मा फक्त गरमाकडून गाराकडे वाहणे (कॅलरिमिट्रीचा पहिला हकीकत) व एकही इंजिन पूर्ण रूपांतरापर्यंत न पोहोचणे (कार्नो मर्यादा) — दोन्ही एन्ट्रॉपीचे हिशोब आहेत. ते उष्मागतिशास्त्र युनिट पूर्ण करते, भौतिकशास्त्राच्या एकमेव मूलभूत नियमाने ज्यात वेळेची दिशा अंगभूत आहे — विश्वाची एकूण एन्ट्रॉपी चढतेच, अपरिवर्तनीयपणे.