Entropi: Düzensizliğin ölçüsü

Termodinamiğin birinci kanunu nasıl enerji kavramı çevresinde şekilleniyorsa, ikinci kanun da entropi adını verdiğimiz ve süreç sırasında kaybolan enerjiyi temsil eden farklı bir kavram çevresinde şekilleniyor. Bir önceki konu başlığında, süreç sırasında kaybolan enerjiyi nasıl ele almamız gerektiği ve bu enerjiyi entropi üzerinden nasıl tarif ettiğimiz üzerinde durmuştuk. Bu konu başlığında ise, entropi kavramını kaybolan enerji üzerinden değil, farklı bir açıdan ele alarak tarif edeceğiz.

İlk olarak entropi kavramına dair genel bir yanlış anlaşılmanın altını çizerek konuya giriş yapalım. Çoğu kaynakta entropiden “düzensizliğin ölçüsü” olarak bahsedildiğini muhtemelen görmüşsünüzdür. Entropi düzensizlik üzerinden tanımlandığında, ister istemez düzenli bir durumdan düzensiz bir duruma geçildiğinde entropi artmış gibi bir yanlış anlaşılma ortaya çıkabiliyor. İşin aslı biraz farklı. Entropi düzenli bir durumdan düzensiz bir duruma; ya da, düzensiz bir durumdan daha da düzensiz bir duruma geçişle ilişkilendirdiğimiz, dolayısıyla düzensizliğin ne kadar arttığını belirtmek için kullandığımız bir kavram değil. Entropinin tarif ettiği düzensizlik, bir sistemin yapı taşlarını kaç farklı şekilde organize edebileceğimizle, sistemin komplikasyonuyla ilgili bir düzensizlik. Birkaç örnekle bu düzensizlik tarifini açıklamaya çalışalım.

Örneğin, zaman zaman dağınık bir odadan “entropisi artmış” şeklinde bahsedildiğini belki duymuşsunuzdur. Bir odanın içindeki eşyaların düzenli bir şekilde değil de, bizim gözümüze düzensiz görünen bir şekilde konumlanmış olmaları, odanın entropisinin arttığı anlamına gelmiyor; aksine bu durumdaki doğru bakış açısı entropinin değişmediği yönünde olmalı.

Bunun nedenini kavramak için, daha önce açıkladığımız sistemin mikro ve makro durumlarına geri dönmemiz gerekiyor. Bir sistemin makro durumu (İngilizce: macrostate) deneysel yöntemlerle ölçebildiğimiz değişkenlerle tanımlanıyor: örneğin bir gazın basıncı, hacmi ve sıcaklığı gibi. Sistemin mikro durumu ise (İngilizce: microstate) sistemi oluşturan yapı taşlarının anlık durumlarını ifade ediyor, gaz atomlarının anlık konumları ve momentumları gibi.

Şimdi, dağınık oda örneğine geri dönelim ve odayı sistem, odadaki eşyaları da sistemin yapı taşları olarak düşünelim. Bu tarif çerçevesinde odanın makro durumunu odanın hacmiyle, odanın mikro durumunu ise odadaki eşyaların konumlarıyla ilişkilendirebiliriz. Entropinin bir durum fonksiyonu olduğunu, dolayısıyla da sadece sistemin makro durumundan etkilendiğini bir önceki konu başlığında belirtmiştik. Bu açıdan değerlendirdiğimizde, bir sistemin mikro durumundaki değişimin, yani odadaki eşyaların konumlarındaki değişimin, sistemin entropisiyle bir ilgisi olmadığını, sadece sistemin bir mikro durumdan diğerine geçtiğini ifade ettiğini görebiliriz. Entropinin artması için odadaki eşyaları daha fazla sayıda düzenleyebileceğimiz şekilde bir değişim yaratmamız gerekiyor: odanın hacmini arttırmak, ya da odaya daha fazla sayıda eşya koymak gibi.

Bu başlıkta verdiğimiz dağınık oda örneğinin çok doğru bir termodinamik sistem tarifi olduğunu söyleyemeyiz elbette. Yine de bu örnek, entropinin mikro ve makro durumla ilişkisini kavrayabilmemiz açısından gerekli zemini hazırlıyor. Bu örnekteki odayı adyabatik koşullarda gazla dolu bir kap, oda içindeki eşyaları da gaz atomları olarak ele alırsak, böyle bir termodinamik sistemin entropisini nasıl arttırabileceğimizi daha rahat kavrayabiliriz. Kap içindeki atomların hareket halinde olmaları (yani eşyaların dağılmaları), sistemin mikro durumun sürekli bir değişim içinde olduğunu gösteriyor. Sistemin hacmi, basıncı veya sıcaklığında bir değişme olmadığı sürece, sistemin entropisi de değişmeden kalıyor.

Bir sonraki konu başlığında, entropinin mikro ve makro durumla ilişkisini istatistiksel bir yaklaşım üzerinden ele alacağız.


Devamı:


İnteraktif uygulamalar:

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Google fotoğrafı

Google hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s