Fysikere bestemmer den knapt målbare egenskabsentropi for første gang i komplekse plasmaer

Siden slutningen af ​​det 19. århundrede, fysikere har vidst, at overførsel af energi fra en krop til en anden er forbundet med entropi. Det blev hurtigt klart, at denne mængde er af fundamental betydning, og så begyndte dens triumferende fremgang som en nyttig teoretisk størrelse i fysik, kemi og teknik. Imidlertid, det er ofte meget svært at måle. Professor Dietmar Block og Frank Wieben fra Kiel University (CAU) er nu lykkedes med at måle entropi i komplekse plasmaer, som de for nylig rapporterede i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Fysisk gennemgangsbreve . I et system af ladede mikropartikler i denne ioniserede gas, forskerne var i stand til at måle alle positioner og hastigheder af partiklerne samtidigt. På denne måde de var i stand til at bestemme entropien, som det allerede blev beskrevet teoretisk af fysikeren Ludwig Boltzmann omkring 1880.

Overraskende termodynamisk ligevægt i plasma

"Med vores eksperimenter, vi var i stand til at bevise, at i det vigtige modelsystem af kompleks plasma, de termodynamiske grundprincipper er opfyldt. Hvad der er overraskende er, at dette gælder mikropartikler i et plasma, som er langt væk fra termodynamisk ligevægt, " forklarer ph.d.-studerende Frank Wieben. I sine eksperimenter bl.a. han er i stand til at justere den termiske bevægelse af mikropartiklerne ved hjælp af en laserstråle. Ved hjælp af videomikroskopi, han kan observere partiklernes dynamiske opførsel i realtid, og bestemme entropien ud fra den indsamlede information.

"Sådan lægger vi grundlaget for fremtidige fundamentale undersøgelser af termodynamik i stærkt koblede systemer. Disse gælder også for andre systemer, " siger professor Dietmar Block fra Instituttet for Eksperimentel og Anvendt Fysik ved CAU. Oprindelsen til denne succes kan i høj grad tilskrives resultaterne og diagnostiske teknikker.

Forklaring af entropi med et vandeksperiment

Et dagligdags eksperiment illustrerer entropi:Hvis du hælder en beholder med varmt vand i en beholder med koldt vand, blandingen er køligere end det varme vand, og varmere end det kolde vand. Imidlertid, du kan ikke fortryde denne proces - den er irreversibel:Vand ved middel temperatur kan ikke opdeles i en beholder med varmt vand og en beholder med koldt vand.

Årsagen til irreversibiliteten af ​​denne proces er entropi. Termodynamikkens anden lov siger, at entropien i et lukket system aldrig falder over tid. Derfor, blandingen af ​​varmt og koldt vand skal øge entropien. Alternativt entropi kan også være forbundet med graden af ​​uorden eller tilfældighed. I meget forenklede vendinger, man kan sige, at systemer ikke ændrer sig til en mere velordnet tilstand af sig selv. Nogen skal skabe orden, men uorden kan opstå af sig selv.