انٹروپی اور دوسرا قانون

حرارتیات کا دوسرا قانون

انٹروپی ناپتی ہے کہ نظام کی توانائی کتنی پھیلی یا بے ترتیب ہے۔ جب بھی حرارت کسی جسم میں جاتی ہے اس کی انٹروپی بڑھ جاتی ہے — اور دوسرا قانون کہتا ہے الگ تھلگ نظام کی کل انٹروپی کبھی کم نہیں ہوتی، صرف برابر رہتی یا بڑھتی ہے۔ اسی لیے حرارت اپنے آپ گرم سے ٹھنڈے کو جاتی ہے، اور انجن کبھی اپنی ساری حرارت مفید کام نہیں بنا سکتے۔

فارمولہ

ΔS = Q / T

ΔS — انٹروپی تبدیلی (J/K): نظام کی انٹروپی کتنی بڑھتی ہے
Q — حرارت (J): نظام میں آنے والی حرارتی توانائی
T — درجہ حرارت (K): مطلق درجۂ حرارت جس پر حرارت دی جاتی ہے

حل شدہ مثال

600 جیول حرارت 300 کیلون پر مستقل رکھے گئے پانی کے بڑے ٹینکی میں جاتی ہے۔ پانی کی انٹروپی کتنی بڑھتی ہے؟

Q = 600 J
T = 300 K

ΔS = Q / T
ΔS = 600 J / 300 K

ΔS = 2 J/K

خود کو آزمائیں

وہی 600 جیول حرارت اب 200 کیلون کے ٹھنڈے ٹینکی میں جاتی ہے۔ انٹروپی تبدیلی کیا ہے؟

1200 J/K
درست جواب: 3 J/K
0.33 J/K

درست ہے! ΔS = 600 J ÷ 200 K = 3 J/K۔ ٹھنڈی چیز اسی حرارت کے لیے زیادہ اینٹروپی حاصل کرتی ہے۔

حرارت گرم کافی کے کپ سے کمرے کی ٹھنڈی ہوا میں کیوں بہتی ہے، اور کبھی الٹ کیوں نہیں؟

درست جواب: کیونکہ وہ سمت کل انٹروپی بڑھاتی ہے
کیونکہ وہ سمت کل انٹروپی کم کرتی ہے
کیونکہ دونوں سمتوں انٹروپی بالکل برابر رہتی ہے

بالکل — وہی حرارت ٹھنڈی ہوا میں گرم کافی سے بڑی انٹروپی زیادتی دیتی ہے جتنی وہ گرم کافی سے کم کرتی ہے، پس کل انٹروپی بڑھتی ہے۔

آپ یہ کہاں دیکھتے ہیں

گرم کافی کمرے کے درجۂ حرارت تک ٹھنڈی ہو جاتی ہے اور کبھی خود بخود دوبارہ گرم نہیں ہوتی؛ گرا ہوا مگ ٹکڑوں میں بکھر جاتا ہے اور کبھی خود بخود دوبارہ جڑ کر سیدھا نہیں ہوتا؛ آپ کے مشروب میں ڈالی گئی برف پگھل جاتی ہے اور وہیں دوبارہ کبھی جمتی نہیں۔ روزمرہ کے یہ سب یک رخی واقعات دوسرے قانون کا چہرہ دکھاتے ہیں — ہر ایک اسی طریقے سے ہوتا ہے کیونکہ اسی سمت میں کل انٹروپی بڑھتی ہے۔

عام غلطیاں

انٹروپی کو بے ترتیبی کا کوئی مبہم مترادف سمجھنا اصل حساب چھپا دیتا ہے: تبدیلی حرارت کو درجۂ حرارت پر تقسیم کرنے سے ملتی ہے، ΔS = Q / T، پس 300 K کے ٹینک میں داخل ہوتے 600 J انٹروپی کو 2 J/K بڑھا دیتے ہیں۔ پھر وہ حصہ جو عقل کے خلاف لگتا ہے: وہی 600 J زیادہ ٹھنڈے 200 K کے ٹینک میں 3 J/K دیتا ہے — ٹھنڈی چیز اسی حرارت سے کہیں زیادہ انٹروپی حاصل کرتی ہے، اور اسی وجہ سے حرارت گرم سے ٹھنڈے کی طرف بہتی ہے اور کبھی واپس نہیں۔ یہ قانون الگ تھلگ نظاموں کی کل انٹروپی پر لاگو ہوتا ہے؛ ریفریجریٹر اپنے اندر کی چیزوں کو صرف کہیں اور انٹروپی بڑھا کر ٹھنڈا کرتا ہے۔

یہ کیسے جڑا ہے

دوسرا قانون اسی ماڈیول کے پہلے دو 'کبھی نہیں' کے پیچھے وہ اصل 'کبھی نہیں' ہے: حرارت کا صرف گرم سے ٹھنڈے کو بہنا (کیلوری میٹری کا ابتدائی حقیقت) اور کسی انجن کا مکمل تبدیلی تک نہ پہنچ سکنا (کارنو حد) — دونوں انٹروپی کا حساب کتاب ہیں۔ یہ سبق حرارتیات کے یونٹ کا اختتام اس طرح کرتا ہے: فزکس کا واحد بنیادی قانون جس کے اندر وقت کی سمت پہلے سے درج ہے — کائنات کی کل انٹروپی بڑھتی ہی جاتی ہے، ناقابلِ واپسی۔