What is entropy? - Jeff Phillips

Ce este entropia? - Jeff Phillips

Traducător: Delia Bothazan Corector: Bianca-Ioanidia Mirea

There's a concept that's crucial to chemistry and physics.

Există un concept esențial în chimie și fizică.

It helps explain why physical processes go one way and not the other:

El explică de ce procesele fizice se întâmplă într-un anume fel:

why ice melts,

de ce se topește gheața,

why cream spreads in coffee,

de ce frișca se dizolvă în cafea,

why air leaks out of a punctured tire.

de ce iese aerul dintr-o pană de cauciuc.

It's entropy, and it's notoriously difficult to wrap our heads around.

Este vorba despre entropie, un fenomen dificil de înțeles.

Entropy is often described as a measurement of disorder.

Entropia este deseori descrisă ca fiind o măsură a dezordinii.

That's a convenient image, but it's unfortunately misleading.

Aceasta este o imagine convenabilă, dar, din păcate, derutantă.

For example, which is more disordered -

De exemplu, ce este mai haotic:

a cup of crushed ice or a glass of room temperature water?

o cană cu gheață topită sau un pahar cu apă la temperatura camerei?

Most people would say the ice,

Majoritatea oamenilor spun că gheața,

but that actually has lower entropy.

dar aceasta are un nivel mai scăzut de entropie.

So here's another way of thinking about it through probability.

Iată un alt mod de a privi situația folosind conceptul de probabilitate.

This may be trickier to understand, but take the time to internalize it

S-ar putea să fie mai dificil de înțeles, dar încercați să îl interiorizați

and you'll have a much better understanding of entropy.

și veți înțelege mult mai bine entropia.

Consider two small solids

Luați în vedere două corpuri solide mici,

which are comprised of six atomic bonds each.

compus fiecare din șase legături atomice.

In this model, the energy in each solid is stored in the bonds.

În acest model, energia fiecărui solid este stocată în aceste legături.

Those can be thought of as simple containers,

Acelea pot fi privite ca fiind simple recipiente,

which can hold indivisible units of energy known as quanta.

care conțin unități indivizibile de energie numite cuante.

The more energy a solid has, the hotter it is.

Cu cât mai multă energie are un solid, cu atât este mai fierbinte.

It turns out that there are numerous ways that the energy can be distributed

Se pare că există multe feluri prin care energia poate fi distribuită

in the two solids

în cele două corpuri solide

and still have the same total energy in each.

și tot ar rezulta același total de energie în fiecare.

Each of these options is called a microstate.

Fiecare dintre aceste opțiuni se numește o microstare.

For six quanta of energy in Solid A and two in Solid B,

Pentru șase cuante de energie în Solidul A și două în Solidul B,

there are 9,702 microstates.

există 9.702 de microstări.

Of course, there are other ways our eight quanta of energy can be arranged.

Desigur, există alte modalități prin care putem aranja cele opt cuante de energie.

For example, all of the energy could be in Solid A and none in B,

De exemplu, toată energia poate fi distribuită în Solidul A și deloc în B,

or half in A and half in B.

sau jumătate în A și jumătate în B.

If we assume that each microstate is equally likely,

Dacă percepem fiecare microstare ca fiind la fel de plauzibilă,

we can see that some of the energy configurations

putem observa că unele configurații energetice

have a higher probability of occurring than others.

au o probabilitate mai mare de manifestare.

That's due to their greater number of microstates.

Acest lucru se datorează faptului că ele au un număr mai mare de microstări.

Entropy is a direct measure of each energy configuration's probability.

Entropia este o măsură directă a probabilității fiecărei configurații.

What we see is that the energy configuration

Putem observa că acea configurație energetică

in which the energy is most spread out between the solids

în care energia se răspândește cel mai mult între corpurile solide,

has the highest entropy.

are cel mai mare grad de entropie.

So in a general sense,

Așadar, la modul general,

entropy can be thought of as a measurement of this energy spread.

entropia poate fi percepută ca unitatea de măsură a dispersiei energiei.

Low entropy means the energy is concentrated.

Puțină entropie înseamnă că energia este concentrată.

High entropy means it's spread out.

Multă entropie înseamnă că e dispersată.

To see why entropy is useful for explaining spontaneous processes,

Pentru a vedea de ce entropia e utilă în explicarea proceselor spontane,

like hot objects cooling down,

precum răcorirea obiectelor fierbinți,

we need to look at a dynamic system where the energy moves.

este nevoie să ne uităm la un sistem dinamic, unde energia este în mișcare.

In reality, energy doesn't stay put.

În realitate, energia nu este fixă.

It continuously moves between neighboring bonds.

Ea se mișcă constant între legături învecinate.

As the energy moves,

Pe măsură ce energia se deplasează,

the energy configuration can change.

configurația energetică se poate schimba.

Because of the distribution of microstates,

Datorită distribuirii microstărilor,

there's a 21% chance that the system will later be in the configuration

există o șansă de 21% ca sistemul să se afle mai târziu într-o configurație

in which the energy is maximally spread out,

în care energia este răspândită la potențialul maxim,

there's a 13% chance that it will return to its starting point,

există o șansă de 13% să revină la punctul inițial,

and an 8% chance that A will actually gain energy.

și o șansă de 8% ca A să dobândească energie.

Again, we see that because there are more ways to have dispersed energy

Din nou, fiindcă există mai multe căi de a avea energie dispersată

and high entropy than concentrated energy,

și un nivel mai ridicat de entropie decât de energie concentrată,

the energy tends to spread out.

energia tinde să se disperseze.

That's why if you put a hot object next to a cold one,

De aceea, dacă punem un obiect cald lângă unul rece,

the cold one will warm up and the hot one will cool down.

cel rece se va încălzi, iar cel cald se va răci.

But even in that example,

Însă chiar și în acel exemplu,

there is an 8% chance that the hot object would get hotter.

există o șansă de 8% ca obiectul cald să se încălzească.

Why doesn't this ever happen in real life?

De ce nu se întâmplă asta în viața reală?

It's all about the size of the system.

Totul are legătura cu mărimea sistemului.

Our hypothetical solids only had six bonds each.

Solidele noastre ipotetice au doar câte șase legături.

Let's scale the solids up to 6,000 bonds and 8,000 units of energy,

Mărim la scară solidele până la 6000 de legături și 8000 de unități de energie,

and again start the system with three-quarters of the energy in A

și pornim din nou sistemul cu trei pătrimi din energie în A

and one-quarter in B.

și o pătrime în B.

Now we find that chance of A spontaneously acquiring more energy

Acum observăm că șansa ca A să acumuleze spontan mai multă energie

is this tiny number.

este acest număr minuscul.

Familiar, everyday objects have many, many times more particles than this.

Obiectele familiare, de zi cu zi, au mult mai multe particule decât acesta.

The chance of a hot object in the real world getting hotter

În lumea reală, șansa ca un obiect cald să se încălzească și mai mult

is so absurdly small,

este atât de infimă,

it just never happens.

încât pur și simplu nu se întâmplă.

Ice melts,

Gheața se topește,

cream mixes in,

frișca se dizolvă,

and tires deflate

iar cauciucurile se dezumflă

because these states have more dispersed energy than the originals.

fiindcă aceste stări au mai multă energie dispersată decât cele inițiale.

There's no mysterious force nudging the system towards higher entropy.

Nu există o forță misterioasă ce împinge sistemul spre mai multă entropie.

It's just that higher entropy is always statistically more likely.

Statistic vorbind, entropia crescută este mai plauzibilă.

That's why entropy has been called time's arrow.

De aceea entropia a fost numită „săgeata timpului”.

If energy has the opportunity to spread out, it will.

Dacă energia are oportunitatea de a se dispersa, o va face.