เอนโทรปี

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
การละลายของน้ำแข็งในน้ำ นับเป็นตัวอย่างหนึ่งของการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีของน้ำแข็ง ซึ่งเดิมมีโมเลกุลเรียงอยู่กับที่ มาเป็นโมเลกุลเคลื่อนที่ไปมาภายในแก้ว
บทความนี้กล่าวถึง เอนโทรปี ในทางอุณหพลศาสตร์ ถ้าเป็นความหมายในทางทฤษฎีข้อมูล ดูที่ เอนโทรปีของข้อมูล

เอนโทรปี (อังกฤษ: Entropy) มาจากภาษากรีก εν (en) แปลว่าภายใน รวมกับ τρέπω (trepo) แปลว่า ไล่ หนี หรือ หมุน ถือเป็นหัวใจของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นเองทางธรรมชาติ การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะทำให้ความแตกต่างของ ไม่ว่าจะเป็น อุณหภูมิ แรงดัน ความหนาแน่น หรือค่าอื่น ๆ ในระบบค่อย ๆ น้อยลงจนกลืนเป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งต่างจากกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งกล่าวถึงการอนุรักษ์พลังงาน

เอนโทรปีเป็นจำนวนซึ่งใช้อธิบายระบบอุณหพลศาสตร์ เมื่อมองในระดับโมเลกุล กระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติทำให้โมเลกุลมีการเรียงตัวที่ไม่เป็นระเบียบมากขึ้น สามารถแทนได้ด้วยค่าเอนโทรปีที่เพิ่มขึ้น ในการคำนวณ นิยมใช้สัญลักษณ์ S ซึ่งนิยามจากสมการดิฟเฟอเรนเซียล dS = \delta Q/T โดยที่ \delta Q แทนพลังงานความร้อนที่ถูกดูดเข้าสู่ระบบที่ย้อนกลับได้ ส่วน T คือ อุณหภูมิสัมบูรณ์

หนึ่งในสมการสำคัญของโลกที่เกี่ยวข้องกับเอนโทรปีคือ สมการของ ลุดวิก โบลทซ์มันน์

เอนโทรปีในความหมายจากบทความของ Simple English หมายถึง "เอนโทรปีของวัตถุหนึ่ง เป็นการวัดปริมาณพลังงานที่ไม่พร้อมใช้งาน และยังเป็นการวัดจำนวนของการเรียงตัวที่เป็นไปได้ที่อะตอมในระบบหนึ่งจะพึงมีได้ ในความหมายเช่นนี้ เอนโทรปีจะเป็นการวัดแบบหนึ่งของความไม่แน่นอนและเป็นการวัดแบบสุ่ม เอนโทรปียิ่งเยอะ ความไม่แน่นอนของสภาวะของอะตอมที่ประกอบขึ้นเป็นวัตถุนั้นขึ้นมายิ่งมากขึ้นอันเนื่องมาจากมีเงื่อนไขในการพิจารณาตัดสินใจมากขึ้น กฏของฟิสิกส์กล่าวว่า มันต้องใช้ "งาน" เพื่อทำให้เอนโทรปีของวัตถุหนึ่งหรือระบบหนึ่งเล็กลง เอนโทรปีไม่มีทางทำให้ลดลงได้ คุณสามารถพูดได้ว่า ทุกสิ่งทุกอย่างเดินไปสู่ความไม่เป็นระเบียบอย่างช้า ๆ"

เอนโทรปีในความหมายจากบทความของวิกิพีเดีย หมายถึง "เอนโทรปีของวัตถุหนึ่ง เป็นการวัดจำนวนของการตระหนักรู้หรือสถานะขนาดไมโครจำเพาะที่สามารถรับรู้ได้ว่าเป็นระบบอุณหพลศาสตร์ ในสถานะที่กำหนดโดยตัวแปรขนาดแมคโคร ส่วนใหญ่จะเข้าใจเอนโทรปีว่าเป็นการวัดความไม่เป็นระเบียบของโมเลกุลภายในระบบแมคโคร กฏข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์กล่าวว่า เอนโทรปีของระบบโดดเดี่ยวจะไม่มีทางถูกทำให้ลดลงได้ ระบบดังกล่าวจะวิวัฒนาการตามธรรมชาติไปสู่ความสมดุลย์ในอุณหพลศาสตร์-สถานะที่มีเอนโทรปีสูงสุด ระบบไม่โดดเดี่ยวอาจสูญเสียเอนโทรปีได้ถ้าพวกมันสามารถเพิ่มเอนโทรปีของสิ่งแวดล้อมของพวกมันได้ เนื่องจากเอนโทรปีเป็น state function การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีของระบบหนึ่งจะคงที่สำหรับกระบวนการใด ๆ ที่รู้สภาวะเริ่มต้นและสุดท้าย สิ่งนี้จะใช้ได้ทั้งกับกระบวนการที่ย้อนกลับได้หรือย้อนกลับไม่ได้ อย่างไรก็ตามกระบวนการย้อนกลับไม่ได้จะเพิ่มเอนโทรปีผสมของระบบและของสิ่งแวดล้อมของมัน"

การเปลี่ยนแปลงในเอนโทรปี (ΔS) ของระบบหนึ่งเดิมจะถูกกำหนดไว้สำหรับกระบวนการอุณหพลศาสตร์ที่ย้อนกลับได้ดังนี้

\Delta S = \int \frac{\delta Q_\text{rev}}T

เมื่อ T เป็น อุณหภูมิสัมบูรณ์ ของระบบนำไปหาร ความร้อน ที่ถ่ายโอนเข้าสู่ระบบนั้นแบบย้อนกลับได้และเพิ่มขึ้นด้วยปริมาณ (δQrev) (ถ้าความร้อนถูกโอนออก เครื่องหมายจะกลับกัน หมายถึงการลดลงของเอนโทรปีของระบบ) นิยามข้างต้นบางครั้งเรียกว่านิยามมหภาคของเอนโทรปีเพราะมันสามารถนำมาใช้ได้โดยไม่คำนึงถึงคำอธิบายขนาดจุลภาคใด ๆ ของเนื้อหาของระบบ แนวคิดของเอนโทรปีถูกพบว่ามีประโยชน์โดยทั่วไปและมีอีกหลายสูตรมาก เอนโทรปีถูกค้นพบเมื่อมันถูกสังเกตเห็นว่าเป็นปริมาณที่จะมีพฤฒิกรรมเป็น ฟังก์ชั่นของสถานะ ที่เป็นผลมาจากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

เอนโทรปีเป็น คุณสมบัติแบบกว้างขวาง (อังกฤษ: extensive property) มันมี มิติ ของ พลังงาน หารด้วย อุณหภูมิ จึงมีหน่วยเป็น จูล ต่อ เคลวิน (J K−1) ใน ระบบ SI (หรือ kg m2 s−2 K−1 ในแง่ของหน่วยพื้นฐาน) แต่เอนโทรปีของสารบริสุทธิ์มักจะเป็น คุณสมบัติแบบเข้มข้น (อังกฤษ: intensive property) - โดยเป็นได้ทั้งเอนโทรปีต่อหน่วย มวล (หน่วย SI: J K−1 kg−1) หรือเอนโทรปีต่อหน่วย ปริมาณของสาร (หน่วย SI: J K−1 mol−1)

ค่าเอนโทรปี สมบูรณ์ (S แทนที่ Δs) ถูกกำหนดในภายหลัง โดยใช้ กลศาสตร์ทางสถิติ หรือ กฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์

ในการแปลความหมายแบจุลภาคที่ทันสมัย​​ของเอนโทรปีในกลศาสตร์ทางสถิติ เอนโทรปีคือปริมาณของข้อมูลเพิ่มเติมที่จำเป็นในการระบุสภาวะทางกายภาพที่แน่นอนของระบบ จะได้เป็นข้อมูลจำเพาะทางอุณหพลศาสตร์ของมัน การเข้าใจบทบาทของเอนโทรปีด้านอุณหพลศาสตร์ในกระบวนการต่างๆต้องมีความเข้าใจในวิธีการและเหตุผลของข้อมูลที่เปลี่ยนแปลงเมื่อระบบมีการวิวัฒนาการจากจุดเริ่มต้นของมันไปสู่สภาพขั้นสุดท้ายของมัน มันมักจะพูดได้ว่าเอนโทรปีคือการแสดงออกของความผิดปกติหรือ การสุ่ม ของระบบหนึ่ง หรือการที่เราขาดข้อมูลเกี่ยวกับมัน กฎข้อที่สองตอนนี้มักจะมองว่าเป็นแสดงออกของ สมมุติฐานด้านพื้นฐานของกลศาสตร์สถิติ ผ่านนิยามที่ทันสมัย​​ของเอนโทรปี

อ้างอิง[แก้]