What is entropy? - Jeff Phillips

Entropi nedir? - Jeff Phillips

Çeviri: ali seras Gözden geçirme: Sevkan Uzel

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

Kimya ve fizik için büyük önem taşıyan bir kavram var.

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

Bu kavram, fiziksel süreçlerin neden bir yönde ilerlerken,

ters yönde ilerlemediğini açıklıyor: Buzun erime nedenini,

why ice melts,

why cream spreads in coffee,

kremanın kahvede dağılma nedenini,

patlak bir lastikten hava kaçmasının nedenini.

why air leaks out of a punctured tire.

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

Bu kavram entropidir ve kavranmasının güç olması ile ünlenmiştir.

Entropy is often described as a measurement of disorder.

Entropi genellikle, düzensizliğin bir ölçüsü olarak tanımlanır.

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

Bu, kullanışlı bir tasvirdir; fakat ne yazık ki yanıltıcıdır.

For example, which is more disordered -

Örneğin, hangisi daha düzensiz:

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

Bir kâse parçalanmış buz mu, yoksa bir bardak oda sıcaklığında su mu?

Most people would say the ice,

Birçok insan buz cevabını verecektir,

but that actually has lower entropy.

ama aslında buzun entropisi daha düşüktür.

Şimdi bunu başka bir şekilde, olasılık yönünden düşünelim.

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

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

Bunu anlaması daha karışık olabilir, ama özümsemek için zaman ayırın.

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

Böylelikle entropiyi daha iyi anlamış olursunuz.

Consider two small solids

Her biri 6 atomik bağdan oluşan

which are comprised of six atomic bonds each.

iki küçük katı cisim düşünün.

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

Bu modelde, katı cisimlerin her birindeki enerji bağlarda depolanmıştır.

Those can be thought of as simple containers,

Bunlar, kuanta denilen bölünemez enerji birimlerini taşıyan

which can hold indivisible units of energy known as quanta.

basit kaplar olarak düşünülebilir.

Bir katı ne kadar enerjili ise, o kadar sıcaktır.

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

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

Enerjinin iki katı cisme dağıtılabileceği

ve yine de cisimlerin her birinde aynı toplam enerjinin olabileceği

in the two solids

and still have the same total energy in each.

sayısız yol bulunduğu anlaşılmıştır.

Each of these options is called a microstate.

Bu seçeneklerden her birine mikrodurum denir.

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

A katısında 6 enerji kuantası ve B katısında 2 enerji kuantası

olması durumunda, 9702 mikrodurum bulunacaktır.

there are 9,702 microstates.

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

Elbette, bu 8 kuantalık enerjinin düzenlenebileceği başka yollar da var.

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

Örneğin tüm enerji A katısında iken, B katısında hiç enerji olmayabilir

or half in A and half in B.

veya yarısı A'da, yarısı B'de olabilir.

If we assume that each microstate is equally likely,

Mikrodurumların her birinin eşitçe olası olduğunu varsayarsak,

we can see that some of the energy configurations

enerji konfigürasyonlarından bazılarının gerçekleşme olasılığının

have a higher probability of occurring than others.

diğerlerinden daha yüksek olduğunu görebiliriz.

That's due to their greater number of microstates.

Bu, onların daha fazla mikrodurumla gerçekleşebiliyor olmalarına bağlıdır.

Entropi, her bir enerji konfigürasyonunun olasılığının doğrudan ölçüsüdür .

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

What we see is that the energy configuration

Şunu görüyoruz ki, enerjinin katı cisimler arasında

in which the energy is most spread out between the solids

en dağınık durumda olduğu konfigürasyon,

has the highest entropy.

en yüksek entropiye sahip oluyor.

So in a general sense,

Öyleyse genel anlamda entropi,

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

bu enerji dağılımının bir ölçüsü olarak düşünülebilir.

Low entropy means the energy is concentrated.

Düşük entropi, enerjinin yoğunlaştığı anlamına gelir.

High entropy means it's spread out.

Yüksek entropi, enerjinin dağınıklaştığı anlamına gelir.

To see why entropy is useful for explaining spontaneous processes,

Entropinin doğal süreçleri açıklamada -sıcak cisimlerinin soğuması gibi-

neden yararlı olduğunu görmek için,

like hot objects cooling down,

enerjinin hareket ettiği dinamik bir sisteme bakmamız gerekir.

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

In reality, energy doesn't stay put.

Gerçekte, enerji sabit durmaz.

It continuously moves between neighboring bonds.

Devamlı olarak, komşu bağlar arasında hareket eder.

As the energy moves,

Enerji hareket ettikçe,

enerji konfigürasyonu değişebilir.

the energy configuration can change.

Because of the distribution of microstates,

Mikrodurumların dağılımından dolayı,

sistem ileride %21 olasılıkla

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

enerjinin en fazla dağınık olduğu konfigürasyonda olacak,

in which the energy is maximally spread out,

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

%13 olasılıkla başlangıç durumuna dönecek

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

ve %8 olasılıkla A gerçekten enerji kazanacaktır.

Yine şunu görüyoruz ki, dağılmış enerjiye ve yüksek entropiye sahip olma yolları,

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

and high entropy than concentrated energy,

yoğunlaşmış enerjiye sahip olma yollarından daha fazla olduğu için,

enerji dağınık olmaya eğilimlidir.

the energy tends to spread out.

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

Sıcak bir cismin yanına soğuk bir cisim koyunca,

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

sıcağın soğuyup, soğuğun ısınmasının nedeni budur.

Fakat bu örnekte bile,

But even in that example,

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

%8 olasılıkla sıcak cisim daha da ısınabilir.

Peki neden gerçek hayatta bu asla olmaz?

Why doesn't this ever happen in real life?

It's all about the size of the system.

Bu tamamen sistemin büyüklüğüyle ilgilidir.

Bizim varsayımsal katılarımız sadece altışar bağa sahiptiler.

Our hypothetical solids only had six bonds each.

Şimdi katıları 6.000 bağa ve 8.000 enerji birimine yükseltelim.

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

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

Sistemi, enerjinin dörtte biri A'da, dörtte biri B'de iken başlatalım.

and one-quarter in B.

A'nın kendiliğinden daha fazla enerji kazanma olasılığının,

Now we find that chance of A spontaneously acquiring more energy

işte bu küçük sayı kadar olduğunu buluruz.

is this tiny number.

Her gün gördüğümüz tanıdık nesnelerde, bundan çok daha fazla parçacık vardır.

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

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

Gerçek dünyada, sıcak bir nesnenin

daha da ısınma olasılığı o derece küçüktür ki, hiç gerçekleşmez.

is so absurdly small,

it just never happens.

Ice melts,

Buz erir, krema kahveye karışır ve lastik söner;

cream mixes in,

and tires deflate

because these states have more dispersed energy than the originals.

çünkü bu durumlar, başlangıca göre daha dağınık enerjilidirler.

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

Sistemi yüksek entropiye sürükleyen gizemli güçler yoktur.

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

Sadece yüksek entropi her zaman istatistiksel olarak daha olasıdır.

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

Bu yüzden entropiye zamanın oku denmiştir.

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

Eğer enerji dağılma fırsatı bulursa, dağılacaktır.