جایگاه انتروپی در مهندسی و علوم

چکیده

این مقاله به تاریخ و روند شکل گیری اصول بنیادی ترمودینامیک به ویژه مفهوم انتروپی می پردازد. در بخش نخست با تقویم نگاری از انقلاب صنعتی در اروپا و اختراع ماشین های بخار و گرمایی برای تبدیل حرارت به کار، چگونگی بهبود بازدهیآنها به ویژه تلاشهای سعدی کارنو در دهه 1820 تشریح و یافته ها و نیز اشکالات نظری وی بررسی می شود. تنظیم و نشر اندیشه های کارنو توسط کلاسیوس در دهه 1850 و معرفی واژه انتروپی و کاربردهای اولیه آن توضیح داده می شود. همزمان شکل گیری قانون اول ترمودینامیک توسط ژول و مایر بررسی شده و سپس کوشش های کلوین و پلانک برای تنظیم قانون دوم ترمودینامیک شرح داده می شود. گسترش کاربردهای انتروپی توسط هلمهولتز و گیب و سپس شکل گیری قانون سوم ترمودینامیک توسط نرنست، پلانک و اینشتین در سال 1906 توضیح داده می شود. از طرف دیگر بیان مفهوم آماری انتروپی توسط بولتزمن و تأثیر پیشرفت های شگرف فیزیک در شناخت میکروسکوپیک ماده، مراحل شکل گیری ترمودینامیک آماری(1900)، مکانیک آماری(1910) ، سپس مکانیک کوانتوم آماری(1925) و سرانجام نظریه اطلاعات (1948) شرح داده می شود. در بخش دوم کاربردها مهم انتروپی در تعریف فرایندهای آرمانی، محاسبه بازدهی ماشین های حقیقی و میزان بازگشت ناپذیری در آنها، اصل افزایش انتروپی، مفهوم اکسرژی و قابلیت کاردهی، معرفی کمیت های جدید ترمودینامیکی چون خواص جزیی و اضافی، پتانسیل شیمیایی و اکتیویته، مفهوم تعادل، نگانتروپی، نظریه اطلاعات و سنجش دما شرح داده می شود. در پایان به کاربردهای نوین انتروپی در بررسی سیستم های زنده، علوم انسانی، جامعه شناسی و تاریخ اشاره می شود.