If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание
Текущ час:0:00Обща продължителност:8:32

Втори закон на термодинамиката и ентропията

Видео транскрипция

Една част от втория закон на термодинамиката гласи, че ентропията във вселената само се увеличава. Слагам възклицателен знак тук, защото звучи като много задълбочено твърдение. На всичките си нива, то е. И за да получим подходяща нагласа за урока, показвам тази снимка на нощното небе от телескопа Хъбъл. Всяка от тези точки не е звезда. Всяка точка е галактика. Това е галактика. Това тук е галактика. Това е галактика. Надявам се, че тази снимка ще те постави в по-"космическо" настроение. Да помислим какво ни казва началното твърдение. Ентропията във вселената само се увеличава. Можем да дефинираме ентропията като безпорядъка в една система. Говорим за броя състояния, които една система може да приеме. След това казваме във вселената. Също така можем да кажем, че ентропията на една затворена система може само да се увеличава. Система, която е напълно затворена, е система, която не взаимодейства с околността си, а вселената е затворена система. Извън нея няма нищо, с което тя да може да взаимодейства термодинамично. Ще направя бърз преговор на отворени и затворени системи, за да сме сигурни, че ги разбираш. Ако имах лагерен огън, имам няколко цепеници, а тук имам огън. Това е лагерен огън. Ако се концентрираме само върху дървата и огъня, това ще е отворена система. Защото очевидно тя има термодинамични взаимодействия със средата. Системата излъчва топлина. Затопля молекулите въздух около себе си. Тя излъчва светлина във вселената. Може да има взаимодействие между останалата част от вселената и системата. Така че тя не е изолирана от всичко останало. Но затворената система е изолирана. Много е трудно да се създаде наистина затворена система в ежедневието. Но можем да се доближим до такава. Затворена система, която може би познаваш от недалечното минало, е хладилната чанта. В една хладилна чанта се опитваме, термодинамично да изолираме вътрешността на чантата от външната среда, от останалата част от вселената. Ето как става, имаме някакъв вид изолиращ материал. Например стирофом. Можем да използваме хладилната чанта, за да съхраняваме лед. Но тя не е перфектна затворена система, защото в крайна сметка, топлината от останалата част от вселената ще затопли стените на хладилната чанта. След това тази топлина ще се предаде и ще затопли леда. Ще го разтопи. Тове не е префектна затворена система, но се доближава до такава, защото поне се опитваме да я изолираме от термодинамични взаимодействия с останалта част от вселената. Мога да ѝ направя капак, за да покажа, че наистина се стараем да я изолираме. В научните лаборатории можеш да видиш много по-добри модели на затворени системи. Но дори те на определено ниво, ваимодействат с останалата част от вселената. Наистина затворена система е вселената. Извън нея няма нищо, с което да може да има термодинамични взаимодействия. Да помислим за тази дефиниция. Ентропията във вселената само може да се увеличава. Защо това ни звучи логично? Най-добрият пример, за който мога да се сетя, е проста дифузия. Да кажем, че имам съд. Имам съд, ще го направя затворен съд. Да приемем, че това е някакъв вид теоретична идеална затворена система. Да кажем, че имам идеален газ. Имам молекули на идеален газ ето тук. Те имат средна температура, но това означава, че всяка една молекула има своя собствена кинетична енергия. Всички се движат в различни посоки. Какво ще се случи с течение на времето? Тези отляво ще отскочат от тази стена. И ще тръгнат в тази посока. С течение на времето, ще стигнем до ситуация, в която системата ще изглежда ето така. Системата ще изглежда така. Тези шест частици -- Тези шест частици ще се разпространят в съда. Ще се разпространят в съда чрез дифузия. Ще заемат по-голяма част от пространсвото в съда. Какво се случи по време на този процес? Когато частиците бяха ограничени в тази малка част от съда, имаше по-малко възможни състояния на системата. Имахме по-ниска ентропия, отколкото тук, когато частиците са изпълнили съда. Сега има повече възможни локации и повече възможни ориентации в системата. Имаме повече различни състояния. Имаме по-висока ентрония, по-висока, по-висока, по-висока ентропия. Като цяло процесите, при които ентропията се покачва, се наричат необратими процеси, необратими, необратими процеси. Защо са необратими? Има някаква възможност молекулите да се съберат отново в този ъгъл на съда. Но тя е много малка. А това е пример само с шест молекули. В една истинска система, ще имаме много повече от шест молекули. Ще имаме милиони, милиони, милиони, милиони молекули. Говорим за числа с по 20 до 30 нули. Затова е много малко вероятно те всички да се скупчат заедно и да съзадат по-малък обем, когато вече са изпълнили съда. Затова не виждаме пушекът естествено да се превръща в някаква оформена частица или да заема по-малко място, вместо да изплъни съда. Това е необратимо, защото сме започнали с по-малък брой възможни състояния и по-малък обем, а сме получили по-голям брой възможни състояния. Вселената постоянно прави това. Затова ентропията във вселената може само да се увеличава. Има някои процеси, при които изглежда, че ентропията не се увеличава толкова много. Ако имаме една топка за билярд ето тук, и я търкулнем, тя ще се удари в друга билярдна топка тук, ще предаде импулс на другата топка. Изглежда сякаш това може да стане и в другата посока. Сякаш другата билярдна топка може да удари тази и да я върне обратно. На макро ниво това изглежда като обратим процес. Хората могат да го нарекат обратим. Изглежда сякаш ентропията не се увеличава толкова много. Но ако слезем до микро ниво -- Ще поясня. Първо тази топка се движи, а тази е неподвижна, след това сме в състояние, при което тази се движи, а тази е неподвижна. Не изглежда, че ентропията се е увеличила толкова много. Понякога този процес се нарича обратим, защото можем да видим случаи, в които тази топка се връща назад. Розовата може да удари жълтата и жълата може да се върне назад, сякаш връщаме филмовата лента. Но дори и това да се случи, ако погледнем нещата на микро ниво, ще видим, че се е създала топлина. Някои молекули от билярдната топка минават на по-виско енергетично ниво от сблъсъците помежду си и от триенето с въздуха, докато топката се търкаля по земята. Тези молекули никога няма да се върнат към предишното си състояние. Така че всъщност ентропията в системата се увеличава. Дори и в ежедневието ни и в термодинамиката, хората да говорят за обратими процеси, те са само приблизително обратими. Дори когато ентропията се увеличи съвсем малко, това увеличение е по-голямо от нула. Тук имаме необратими реакции. Дифузията е очевиден пример. Ясно е, че имаме увеличение на ентропията и вероятността тази система да се върне в първоначалното си състояние е много малка. В действинелност това не може да се наблюдава, тъй като говорим за молекули, чиито брой е число с 20 до 30 нули. Вероятността да се върнат в началното си състяние е много малка, ще трябва да чакаш много дълго време и пак никога няма да видиш нещо такова да се случи. Надявам се, че е ясно. Безпорядъкът, броят на състоянията, които може да има една система, се увеличава с увеличаване на броя на взаимодействията. Затова е много важна топлината. Всичко, което правиш -- Докато аз правя това видео, тялото ми произвежда топлина. Топлината се разсейва във вселената. Това добавя още възможни състояния, които вселената може да приеме. Когато си движа ръката, дигиталният молив, които използвам, създава триене. Това също освобождава топлина във вселената. Компютърът ми работи, той също отделя топлина във вселената. Гледайки това видео, ти също освобождаваш топлина във вселената, Електроните, които се движат в кабелите на компютъра ти, отделят топлина във вселената. Всичко това увеличава броя на състоянията, които системата може да приеме, когато мислим на молекулярно ниво.
Съдържанието по Биология достига до теб с подкрепата на Фондация Амген