Ce este entropia? - Jeff Phillips

Vizionați întreaga lecție aici: http://ed.ted.com/lessons/what-is-entropy-jeff-phillips

Există un concept esențial în chimie și fizică. El explica de ce
procesele fizice au loc într-un anume fel: de ce se topește gheața, de ce se dizolvă frișca în cafea, de ce aerul iese dintr-o pană de cauciuc. Este vorba despre entropie, un fenomen dificil de înțeles. Jeff Phillips oferă un curs intensiv despre entropie.

Lecție de Jeff Phillips, animație de Provincia Studio.

Există un concept esențial
în chimie și fizică.

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

de ce se topește gheața,

de ce frișca se dizolvă în cafea,

de ce iese aerul dintr-o pană de cauciuc.

Este vorba despre entropie,
un fenomen dificil de înțeles.

Entropia este deseori descrisă
ca fiind o măsură a dezordinii.

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

De exemplu, ce este mai haotic:

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

Majoritatea oamenilor spun că gheața,

dar aceasta are un nivel
mai scăzut de entropie.

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

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

și veți înțelege mult mai bine entropia.

Luați în vedere două corpuri solide mici,

compus fiecare din șase legături atomice.

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

Acelea pot fi privite
ca fiind simple recipiente,

care conțin unități indivizibile
de energie numite cuante.

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

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

în cele două corpuri solide

și tot ar rezulta
același total de energie în fiecare.

Fiecare dintre aceste opțiuni
se numește o microstare.

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

există 9.702 de microstări.

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

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

sau jumătate în A și jumătate în B.

Dacă percepem fiecare microstare
ca fiind la fel de plauzibilă,

putem observa
că unele configurații energetice

au o probabilitate mai mare
de manifestare.

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

Entropia este o măsură directă
a probabilității fiecărei configurații.

Putem observa
că acea configurație energetică

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

are cel mai mare grad de entropie.

Așadar, la modul general,

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

Puțină entropie înseamnă
că energia este concentrată.

Multă entropie înseamnă că e dispersată.

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

precum răcorirea obiectelor fierbinți,

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

În realitate, energia nu este fixă.

Ea se mișcă constant
între legături învecinate.

Pe măsură ce energia se deplasează,

configurația energetică se poate schimba.

Datorită distribuirii microstărilor,

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

în care energia este răspândită
la potențialul maxim,

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

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

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

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

energia tinde să se disperseze.

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

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

Însă chiar și în acel exemplu,

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

De ce nu se întâmplă asta în viața reală?

Totul are legătura cu mărimea sistemului.

Solidele noastre ipotetice au
doar câte șase legături.

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

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

și o pătrime în B.

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

este acest număr minuscul.

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

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

este atât de infimă,

încât pur și simplu nu se întâmplă.

Gheața se topește,

frișca se dizolvă,

iar cauciucurile se dezumflă

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

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

Statistic vorbind, entropia crescută
este mai plauzibilă.

De aceea entropia a fost numită
„săgeata timpului”.

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