Entropi & İkinci Yasa
Termodinamiğin İkinci Yasası
Entropi, bir sistemin enerjisinin ne kadar dağınık ya da düzensiz olduğunu ölçer. Bir cisme ısı aktığında entropisi artar — ve ikinci yasaya göre yalıtılmış bir sistemin toplam entropisi asla azalmaz, sadece aynı kalır ya da artar. İşte bu yüzden ısı kendiliğinden her zaman sıcaktan soğuğa akar ve motorlar tüm ısılarını asla faydalı işe dönüştüremez.
Formül
ΔS = Q / T
- ΔS — entropi değişimi (J/K): sistemin entropisinin ne kadar arttığı
- Q — ısı (J): sisteme akan ısı enerjisi
- T — sıcaklık (K): ısının eklendiği mutlak sıcaklık
Çözümlenmiş Örnek
600 jul ısı, sabit 300 kelvinde tutulan büyük bir su deposuna akıyor. Suyun entropisi ne kadar artar?
- Q = 600 J
- T = 300 K
- ΔS = Q / T
- ΔS = 600 J / 300 K
ΔS = 2 J/K
Kendini test et
Aynı 600 jul ısı şimdi 200 kelvinlik daha soğuk bir depoya akıyor. Entropi değişimi nedir?
- 1200 J/K
- Doğru cevap: 3 J/K
- 0.33 J/K
Doğru! ΔS = 600 J ÷ 200 K = 3 J/K. Daha soğuk bir cisim, aynı ısı miktarı için daha fazla entropi kazanır.
Sıcak bir fincan kahveden odanın soğuk havasına neden ısı akar, hiçbir zaman tersine olmaz?
- Doğru cevap: Çünkü bu yön toplam entropiyi artırır
- Çünkü bu yön toplam entropiyi azaltır
- Çünkü her iki yön de entropiyi tam eşit tutar
...aynı ısı, daha soğuk havada, sıcak kahveden çıkardığı entropiden daha büyük bir entropi artışı sağlar; bu yüzden toplam entropi yükselir.
Nerede Görürsün
Sıcak bir kahve oda sıcaklığına soğur ve asla kendiliğinden yeniden ısınmaz; yere düşen bir kupa parçalanır ve asla yeniden birleşmez; buz içeceğinde erir ve orada asla yeniden donmaz. Bu tek yönlü gündelik olayların her biri, ikinci yasanın yüzünü göstermesidir — her biri, o yönün toplam entropiyi artırması yüzünden tam olduğu gibi gerçekleşir.
Yaygın Hatalar
Entropiyi düzensizliğin muğlak bir eş anlamlısı gibi görmek asıl aritmetiği gizler: değişim, ısının sıcaklığa bölünmesidir, ΔS = Q / T, dolayısıyla 300 K'lik bir depoya akan 600 J, entropiyi 2 J/K artırır. Bir de sezgilere aykırı yanı var: aynı 600 J, daha soğuk 200 K'lik bir depoya girince 3 J/K verir — daha soğuk bir cisim, aynı ısıdan DAHA FAZLA entropi kazanır ve ısının sıcaktan soğuğa akmasının, asla geri dönmemesinin nedeni tam olarak budur. Yasa, yalıtılmış sistemlerin toplam entropisini yönetir; bir buzdolabı içini ancak başka bir yerde entropiyi artırarak soğutur.
Nasıl Bağlantılı
İkinci yasa, bu modülün önceki iki 'asla'sının arkasındaki 'asla'dır: ısının yalnızca sıcaktan soğuğa akması (kalorimetrinin açılış gerçeği) ve hiçbir motorun tam dönüşüme ulaşamaması (Carnot sınırı), ikisi de entropi muhasebesidir. Bu yasa, termodinamik ünitesini fiziğin içine yerleşik bir zaman yönü barındıran tek temel yasası olarak kapatır — evrenin toplam entropisi geri döndürülemez biçimde yükselir.