אנטרופיה היא מושג חשוב ביותר בפיסיקה.
בצורה פשוטה ניתן לומר שאנטרופיה מאפיינת את מידת האי סדר במערכת הפיסיקלית.

על פי החוק השני של התרמודינמיקה: זרימה ספונטנית של חום תמיד תתרחש מגוף חם יותר לגוף קר יותר, ולעולם לא להפך.
כלומר, אין זרימה ספונטאנית בין מערכת בטמפרטורה נמוכה למערכת בטמפרטורה גבוהה.
ניסוח אקוויולנטי לחוק השני הינו שסך האנטרופיה במערכת מבודדת לא יכול לקטון.
ביתר דיוק, סך כל האנטרופיה במערכת מבודדת יכולה להשאר קבועה או לגדול.
אם נרצה להקטין את אי-הסדר במערכת מסוימת, כלומר להקטין את האנטרופיה של המערכת, אנו נצטרך להשקיע אנרגיה, לבצע עבודה.

כפי שציינו, מושג האנטרופיה מתייחס למידת אי הסדר של המערכת. ועל כן אנו מסיקים שהאנטרופיה של היקום גדלה כל הזמן או במילים אחרות, "אי הסדר" ביקום תמיד הולך וגדל. אחת המסקנות מכאן היא שכיוון התקדמות הזמן נמדד עם כיוון שינוי האנטרופיה. על פי הוקינג, עליית אי הסדר (האנטרופיה) עם הזמן היא למעשה דוגמא למה שקרוי חץ הזמן, הכיוון שמבדיל בין עבר לעתיד. במובן זה ניתן לייחס לחץ הזמן, בין היתר, משמעות תרומודינמית שבו כיוון הזמן הוא הכיוון שבו האנטרופיה גדלה.

נתבונן במצבי הצבירה של מוצק, נוזל וגז. כידוע, במוצק חלקיקי החומר מסודרים יותר מאשר במצב נוזלי. זאת ועוד, במצב הנוזלי החלקיקים מסודרים יותר מאשר במצב הגזי.
מכאן אנו מסיקים, ששינוי מצב צבירה של חומר, ממוצק לנוזל ולגז ישנה עלייה באנטרופיה (אי-הסדר של החלקיקים).

מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע   

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

15 תגובות

  • גלית סוסנה

    איך מגדירים חוסר סדר? אם

    איך מגדירים חוסר סדר? אם המעבר מסדר החלקיקים ממוצק לגז, נכון שמצב החלקיקים משתנה,ועדיין מצב חלקיקי הגז יכול להיות מסודר כפי שחלקיקי זג צריכים להיות.מי קבע מהו חוסר סדר?

  • נוי

    למי אנתרופיה גבוהה יותר לה

    למי אנתרופיה גבוהה יותר לה מזל או לאקווה ולמה?

  • משה-ליאב

    אנטרופיה אינה אי סדר

    אנטרופיה היא לא מדד לאי סדר, שזה גם מושג לא כל כך ברור, אלא יותר מדד לפיזור איזוטוני של חומר ואנרגיה במערכת או כמה דרכים יכולות להביא למצב מסויים לקרות.
    במערכת בטמפרטורה נמוכה מאוד, נגיד בפלוטו, אם ניקח חלקיקי אדי מים הם יהפכו למוצק אבל האנטרופיה עלתה ולא ירדה כי האנרגיה זרמה לסביבה וגרמה לשוויון בין טמפרטורת מולקולות המים לסביבה.

  • גיורא

    אי סדר של חומר ואנרגיה

    שלום רב: המינוח "מדד לאי סדר" הוא מעט מטעה: מדובר על אי סדר של חומר ואנרגיה, כאשר הפרשנות המקובלת (והשגויה) ל"מדד לאי סדר" מתייחסת לחומר בלבד. בטמפרטורת החדר "אדי מים" (מאוד לא מסודרים) הופכים לטיפות מים (הרבה יותר מסודרות) באופן ספונטני, ללא כל צורך בהשקעת עבודה. נקודת המפתח היא שבתהליך האקסוטרמי (פולט חום) של עיבוי טיפות, אנרגיה מתפזרת וזה מאפשר ל"חומר" (המים) להפוך ליותר מסודר. אם לא לוקחים בחשבון גם את האנרגיה מגיעים למסקנות שגויות לחלוטין בלא מעט מקרים

  • אפרת

    אנטרופיה של גזים שונים

    למי יש אנטרופיה יותר גבוהה: לזג קריפטון או לגז ניאון?
    שניהם גזים, ורציתי לדעת האם האלקטורנים משפיעים על רמת האי סדר, ואם כן לאיזה כיוון?
    האם זה קשור למושג "גז כבד" או "גז קל"?

  • קובי

    האנטרופיה במפץ הגדול

    שלום,
    להבנתי ביחד עם המפץ נברא המרחב.
    ז"א האנטרופיה ששררה בזמן המפץ הגדול (ולפני) הייתה מאוד מאוד גבוהה הרי החלקיקים היו מרוכזים לנק' אחת מתוך אפשרות אחת. לעומת זאת כיום האנטרופיה ירדה מאז המפץ עובדה שיש כוכבים במקום גז ואבק כוכבים, ובני אדם וכו'. איך זה יכול להיות? הרי כדי להשוות למצב שהיה במפץ צריך שיהיה פיזור אחיד ללא כוכבים אלא גז אחיד המפוזר בצורה אחידה במרחב. הלא כן?

  • אריאל

    אנטרופיה

    מדוע, למעשה, יש קשר בין אנטרופיה לספונטניות התגובה?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    תשובה

    זה לא 'קשר' אלא המדד עצמו. אנטרופיה היא המדד לספונטניות של תגובה. כלומר - אחרי שהתגלה החוק השני של התרמודינמיקה, ניתן לומר שלא יתרחש תהליך / תגובה בעולם אם הוא לא מעלה את האנטרופיה - כלומר על ידי מדידה כמותית של שינוי האנטרופיה בתהליך מסויים ניתן לנבא האם הוא יתרחש ספונטית או לא (כשהחישוב מראה שהתהליך מוריד את האנטרופיה).
    ד"ר אבי סאייג

  • עודד כפרי

    אנטרופיה אינה בהכרח אי סדר.

    האנטרופיה הינה לוגריטם מספר המיקרומצבים האפשרים, לכן משמעותה אי ודאות. במערכות דלילות כמו גזים אכן אי סדר מגדיל את האנטרופיה אולם במערכות אינפורמטיביות (מרוכבות) האנטרופיה גדלה עם הסדר! ממליץ לקרוא על כך (בעברית!)בספר "אנטרופיה משחק הקוביות של אלוהים" בהוצאת החממה של סטימצקי.

  • שלי ליבנה

    תיקון קטן לניסוח החוק השני

    ביחס לציטוט:
    "ניסוח אקוויולנטי לחוק השני הינו שסך האנטרופיה במערכת סגורה לא יכול לקטון"
    צריך לתקן במקום סגורה לכתוב מבודדת. במערכת סגורה שאינה מבודדת, האנטרופיה בהחלט יכולה לקטון - מים הרי קופאים במקפיא!

  • חיים ברק

    אכן המערכת צריכה להיות מבודדת. זה תוקן--תודה

    תודה שלי, אכן המערכת צריכה להיות מבודדת

  • תשובה

    עמי בכר

    בהתחלה כל החומר היה מרוכז בנקודה סינגולרית ואז נניח מפץ גדול. החומר מתפשט והאנטרופיה עולה. במקביל, כל אותו חומר מקורי הולך ומתלכד באופן ספונטני לענני גז, לכוכבים ולתוצרים שלהם. האם זה מתישב עם כך שהזמן גורם כל הזמן לעליה של האנטרופיה? גם בתוך כוכבים פעילים ניתן לראות משהו דומה: בהתחלה יש המון מימן. הוא עובר היתוך גרעיני לעם הזמן נוצרים יסודות כבדים יותר עד ברזל ואז (ברוב המקרים) אותו גוש ברזל שפעם היה גז מימן, מתקרר ונדם. כאן יש דוגמה ברורה להקטנה מתמדת של האנטרופיה, הלא כן? אם ההנחה היא שרוב החומר הוא מימן הרי שאנחנו יודעים שעם הזמן הוא יתלכד ויצור כוכבים חדשים ויסודות כבדים יותר.

    בברכה,
    עמי בכר

  • חיים ברק

    האנטרופיה תמיד גדלה

    עליך לקחת בחשבון את איבוד האנרגיה בתהליך ובכלל זה שהניסוי מתבצע ב'מערכת סגורה'.
    ככלל, האנטרופיה תמיד גדלה!

    על מנת להבין לעומק, יש לנבור ולהעמיק ביסודות התרמודינמיקה ובכלל זה במכניקה סטטיסטית.
    אני ממליץ לך לקרוא, לשם התחלה :
    http://en.wikipedia.org/wiki/Entropy

  • עמי בכר

    עזרה בבניית שאלה לאתר

    תודה על הלינק. בהחלט מאיר עיניים. אכן לא לקחתי בחשבון את עניין האנרגיה בשאלתי הקודמת והתיחסתי בטעות רק לחומר כמה שמגדיל או מקטין את האנטרופיה. מתשובתך הבנתי את זה וכאת אני אבקש עזרה לנסח שאלה באותו עניין מזווית זו (ולקוות שהתשובה תתפרסם באתר).

    אם כן, כידוע, יש קשר ישיר בין אנרגיה לחומר והללו יכולים לעבור לכאורה ממצב למצב. השאלה המסורבלת שלי היא: האם חומר (נניח לצורך פשטות אטום מימן אחד) שהוא בעל מסה, לכשמסה זו תומר לאנרגיה בלבד - האם שינינו את האנטרופיה?

    מכוון אחר: אם יש לנו קילו מימן במיכל סגור והמרנו חצי מהמסה שלו בתוך אותו מיכל לאנרגיה שוות ערך למסה לפי E-mc2, כיצד שינינו את האנטרופיה?

    ייתכן שאופן השאלה שלי מסורבל מדי, אבל התשובה מעניינת.

    בברכה,
    עמי בכר

  • חיים ברק

    שלום עמי, תפרסם את שאלתך במדור שאל את המומחה

    ואנו נשמח להשיב לך

    תודה, צוות צמ"ד