Ένθετο 3: Εντροπία

Πιθανόν να έχετε ακούσει τον όρο εντροπία και να έχετε αναρωτηθεί τι σημαίνει.

Από τη σκοπιά της θερμοδυναμικής η εντροπία είναι ένα μαθηματικό μέγεθος. Οι μεταβολές της μας λένε κατά πόσο μια διαδικασία μπορεί να εξελιχθεί αυθόρμητα ή όχι.

Συνεπώς, καταλαβαίνουμε ότι πρέπει να σχετίζεται με το δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής. Αν χρησιμοποιήσουμε την έννοια της εντροπίας ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής μπορεί να διατυπωθεί ως εξής:

Η εντροπία ενός απομονωμένου συστήματος ποτέ δεν ελαττώνεται.

Για να μπορέσουμε να την κατανοήσουμε καλύτερα, μερικές φορές λέμε ότι η εντροπία αποτελεί ένα μέτρο της αταξίας ενός συστήματος. Όταν προσφέρουμε θερμότητα σ' ένα σώμα, η εντροπία του αυξάνει, γιατί η επιπλέον ενέργεια αυξάνει την άτακτη κίνηση των μορίων του. Κάθε φορά που μια αυθόρμητη διαδικασία λαμβάνει χώρα, η αταξία αυξάνεται. Για παράδειγμα, όταν ο πάγος λιώνει τα μόρια του νερού είναι πιο ελεύθερα να κινηθούν τυχαία στην υγρή φάση απ' ό,τι στη στερεά. Το ίδιο κι όταν το νερό εξατμίζεται· το αποτέλεσμα είναι μεγαλύτερη αταξία και αυξημένη εντροπία. Αλλά και όταν ένας κύβος ζάχαρης διαλύεται στο νερό ή όταν το άρωμα από ένα μπουκαλάκι γεμίζει το δωμάτιο, έχουμε αύξηση της αταξίας και της εντροπίας.

Τα συστήματα (φυσικά ή όχι) από μόνα τους τείνουν να αποκτήσουν όλο και μεγαλύτερη αταξία ποτέ δεν παρατηρείται το αντίθετο.

Το δωμάτιο ενός μαθητή γίνεται συνεχώς όλο και πιο ακατάστατο, ποτέ το αντίθετο. Φυσικά, μπορούμε να «συγυρίσουμε» (τακτοποιήσουμε) το δωμάτιο και να μπουν όλα τα πράγματα στη θέση τους, οπότε η αταξία και συνεπώς και η εντροπία του δωματίου θα ελαττωθεί. Αλλά για να το κάνουμε αυτό (να τακτοποιήσουμε δηλαδή το δωμάτιο), κάποιος πρέπει να κουραστεί και να ξοδέψει ενέργεια, με αποτέλεσμα η δική του εντροπία να αυξηθεί περισσότερο απ' όσο θα ελαττωθεί η εντροπία του δωματίου. Μερικές φορές λέμε ότι η ολική εντροπία του κόσμου αυξάνεται σε κάθε αυθόρμητη διαδικασία.

Είδαμε ότι η θερμότητα «ρέει» αυθόρμητα από περιοχή υψηλής θερμοκρασίας σε περιοχή χαμηλής θερμοκρασίας. Συνδυάζοντας αυτό με όσα είπαμε προηγουμένως, συμπεραίνουμε ότι η θερμική ενέργεια θα πρέπει να έχει υψηλότερο βαθμό οργάνωσης, όταν βρίσκεται σε υψηλή θερμοκρασία, και να γίνεται πιο ανοργάνωτη (άτακτη), όταν μεταφέρεται σε περιοχές χαμηλής θερμοκρασίας, με αποτέλεσμα την αύξηση της εντροπίας. Συνεπώς, το Σύμπαν (άστρα και γαλαξίες) σταδιακά θα ψηχθούν σε μια τελική κοινή θερμοκρασία, και η εντροπία του Σύμπαντος θα πάρει τη μέγιστη τιμή της. Αυτό είναι ένα πιθανό τέλος για το Σύμπαν ύστερα από δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα, και είναι γνωστό ως ο θερμικός θάνατος του Σύμπαντος.