Действительно ли энтропия — «мера беспорядка»? Физика энтропии: объяснение и упрощение.

Вот как я лично разобрался с идеей энтропии! Объяснение с точки зрения статистической механики оказалось гораздо проще для понимания, чем объяснение с точки зрения термодинамики (первоначальное).

Всем привет! Я вернулся с новым видео, и это очень просили! Мне очень нравится снимать видео о термодинамике, потому что это помогает мне легче разобраться в теме. Я проведу ещё один опрос, чтобы узнать, о какой области физики вы хотели бы поговорить в следующем видео.

Прежде чем мы продолжим, пожалуйста, ознакомьтесь с небольшим документом, который я подготовил, с пятью вопросами, на которые вы можете ответить после просмотра этого видео. Они помогут вам ещё глубже понять, что на самом деле означает энтропия и что она собой представляет. Смотрите здесь: https://drive.google.com/drive/folder...

В этом видео мы говорим об энтропии. Точнее, мы говорим об определении энтропии, которое относится к системам на микроскопическом уровне — рассматривая частицы, из которых состоит система, а не только давление/объем/температуру всей системы. Хотите верьте, хотите нет, но это два разных подхода в физике, каждый из которых имеет свои достоинства. Хотя первоначальное (классическое термодинамическое) определение энтропии рассматривало систему как единое целое, мы не получили более глубокого понимания энтропии, пока не рассмотрели малые масштабы и не ввели это определение из статистической механики.

Начнем с рассмотрения абстрактной системы, состоящей из некоторого количества частиц в ящике. Эти частицы могут занимать определенные энергетические уровни (то есть каждая из этих частиц может нести/иметь определенное количество энергии). Учитывая эти ограничения, а также измерения, которые мы можем провести над системой: (а) количество частиц в системе и (б) какова полная энергия системы, мы можем вычислить все возможные способы расположения частиц в системе на своих энергетических уровнях. Это действительно важно, поскольку все возможные способы расположения частиц называются всеми возможными микросостояниями (иногда обозначаемыми как микросостояния) системы. Энтропия системы напрямую зависит от количества микросостояний.

Согласно определению энтропии в статистической механике, энтропия системы равна постоянной Больцмана, умноженной на натуральный логарифм общего количества возможных микросостояний. Это гораздо лучше объясняется в видео, так что прекратите читать это описание, лол. Если вы не уверены в логарифмах, посмотрите эту страницу о значении ln: https://en.wikipedia.org/wiki/Natural...

Это также подводит нас к общепринятому определению энтропии как «меры беспорядка». Если у системы много возможных микросостояний, в которых она может находиться, это означает, что частицы в этой системе могут быть расположены многими способами, и энтропия системы больше. Такие системы называются «неупорядоченными» из-за большого количества способов их организации. Однако системы с меньшим количеством возможных микросостояний более «упорядочены» и обладают меньшими значениями энтропии. Следовательно, энтропия является «мерой беспорядка». Чем больше возможных микросостояний, тем больше энтропия.

Одним из предположений, которые мы делаем при расчёте энтропии системы, является предположение о равной априорной вероятности, или фундаментальное предположение статистической термодинамики. Это предположение утверждает, что система с равной вероятностью может находиться в любом из возможных микросостояний, и оно подходит для системы, изолированной от внешних воздействий и находящейся в тепловом равновесии во всей своей области. Подробнее об этом можно прочитать здесь: https://en.wikipedia.org/wiki/A_prior...

Спасибо всем за просмотр этого видео. Пожалуйста, ознакомьтесь с моим небольшим документом (ссылка на который приведена выше) и попробуйте ответить на вопросы из него. Следите за видео, в котором я также разберу все решения.

Если хотите послушать мою музыку, загляните на мой второй канал Parth G's Shenanigans. Подписывайтесь на меня в Instagram @parthvlogs. Скоро увидимся!
Товары — https://parth-gs-merch-stand.creator-...