3.2:

3.2: القانون الثاني للديناميكا الحرارية

JoVE Core
Cell Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Cell Biology

The Second Law of Thermodynamics

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Previous Video

3.1: The First Law of Thermodynamics

Next Video

3.9: Non-equilibrium in the Cell

5,382 Views

•

01:14 min

•

April 30, 2023

Overview

في السعي لتحديد خاصية قد تتنبأ بشكل موثوق بعفوية العملية ، تم تحديد مرشح واعد: الانتروبيا. يشير العلماء إلى مقياس العشوائية أو الاضطراب داخل النظام على أنه الانتروبيا. الانتروبيا العالية تعني اضطراب شديد وطاقة منخفضة. لفهم الانتروبيا بشكل أفضل ، فكر في غرفة نوم الطالب. إذا لم يتم وضع أي طاقة أو عمل فيه ، فستصبح الغرفة فوضوية بسرعة. سيكون موجودا في حالة مضطربة للغاية ، حالة من الانتروبيا العالية. يجب وضع الطاقة في النظام ، في شكل قيام الطالب بالعمل ووضع كل شيء بعيدا ، من أجل إعادة الغرفة إلى حالة من النظافة والنظام. هذه الحالة هي واحدة من الانتروبيا المنخفضة.

غالبا

ما تكون العمليات التي تنطوي على زيادة في إنتروبيا النظام (ΔS > 0) عفوية ؛ ومع ذلك ، فإن الأمثلة على عكس ذلك كثيرة. من خلال توسيع النظر في تغييرات الانتروبيا لتشمل المناطق المحيطة ، قد نصل إلى استنتاج مهم فيما يتعلق بالعلاقة بين هذه الخاصية والعفوية. في النماذج الديناميكية الحرارية ، يشتمل النظام والمناطق المحيطة على كل شيء ، أي الكون ، وبالتالي فإن ما يلي صحيح:

ΔS_univ = ΔS_sys + ΔS_surr

ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن جميع التغييرات العفوية تسبب زيادة في إنتروبيا الكون. ويرد في الجدول 1 ملخص للعلاقة بين الانتروبيا وعفوية العملية.

الجدول 1: العلاقة بين الانتروبيا وعفوية العملية.

ΔS_univ > 0 عفوي ΔS_univ < 0 غير عفوي (عفوي في الاتجاه المعاكس) ΔS_univ = 0 عند التوازن

هذا النص مقتبس من Openstax ، علم الأحياء 2e ، القسم 6.3: قوانين الديناميكا الحرارية و Openstax ، الكيمياء 2e ، 16.3 القانونان الثاني والثالث للديناميكا الحرارية.

Transcript

الانتروبيا ، التي يتم اختصارها باسم S ، هي المقياس الديناميكي الحراري للاضطراب أو العشوائية. الأنظمة ذات الاضطراب الأكبر لديها إنتروبيا أعلى من تلك التي تعاني من اضطراب أقل.

على سبيل المثال ، تتمتع سلسلة الأحماض الأمينية غير المطوية بإنتروبيا أعلى مما كانت عليه عندما تكون السلسلة مطوية بشكل صحيح لأن السلسلة الخطية تكون أكثر مرونة وغير منظمة من البروتين المعبأ بإحكام.

ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن إنتروبيا النظام المعزول تزداد دائما. هذا يعني أن كل شيء يصبح أكثر اضطرابا بدون مدخلات خارجية.

نادرا ما تحدث الأنظمة المعزولة بشكل طبيعي ، لذلك غالبا ما تفحص الديناميكا الحرارية التغيير في إنتروبيا الكون بأسره. يشمل التغيير في إنتروبيا الكون كلا من التغيرات الانتروبية للنظام الذي تتم دراسته ومحيطه.

تحدث تلقائيا عملية تزداد فيها إنتروبيا الكون ، أي العملية التي تحتوي على ΔS أكبر من الصفر ، تلقائيا. العملية التي تنخفض فيها الانتروبيا أو لها −ΔS ليست عفوية وتحتاج إلى مدخلات الطاقة لتحدث.