Principiile Minimului de Energie și Maximului de Entropie

Termodinamica se ocupă cu studiul macroscopic al fenomenelor termice şi mecanice, adică al fenomenelor care au loc cu schimb de căldură şi producere de lucru mecanic.

Daca primul principiu al termodinamicii a aparut ca rezultat al generalizarii legii conservarii energiei la procesele termice, cel de-al doilea principiu al termodinamicii a fost formulat ca o lege specifica proceselor termice.

Principiul minimului de enerigie pe langa faptul ca este o intarire a principiului al II-lea al termodinamicii este şi o consecinţă a principiului entropiei maxime

Principiul minimului de enerige şi maximuluii de entropie sunt intariri ale principiului II al termodinamicii.

Definirea entropiei. Principiul maximului de entropie

Pentru a caracteriza sensul de desfaşurare al proceselor termodinamice se introduce o nouă funcţie de stare S, numita entropie, introdusă de catre Clausius, care se defineate prin relaţia:

unde:

W - probabilitatea de distributie corespunzatoare starii considerate;

k - constanta lui Boltzmann.

entropia prezintă avantajul că este o mărime aditivă.

Principiul entropia maximă: Pentru un sistem închis cu energie interna fixă (de exemplu, un sistem izolat), entropia este maximizată la echilibru.

Un sistem de particule in starea de echilibru corespunde valorii maxime a probabilităţii de distribuţie.

Astfel putem spune ca procesele termodinamice pot fi :

a) reversibile - dacă un sistem este izolat şi se află la un moment dat în starea de echilibru, atunci probabilitatea de distribuţie se menţine constantă (la valoarea maximă) şi sistemul rămâne mereu în stare de echilibru

b) ireversibil (în decursul lui sistemul trece prin stări intermediare de neechilibru)- dacă sistemul, deşi izolat, nu se află iniţial în starea de echilibru, atunci el evoluează către starea finală de echilibru de la o probabilitatea de distribuţie de valoare mai mică la probabilitatea maximă.

In concluzie procesele termodinamice au un sens bine determinat de desfăşurare (către starea de maximă probabilitate).

Principiul a fost prima oară expus de E.T Jaynes in două lucrări din 1957 unde evidenţia o corespondenţă naturală între mecanica statistică şi teoria informaţiei El afirmă ca ambele tipuri de entropie(cea a mecanicii şi cea a teoriei informaţiei ) sunt echivalente. Din acest motiv mecanica statistică poate fi o aplicatie specifica a logicii de interferenta si teoriei informaţionale

Principiul entropia maximă este, de asemenea, necesar pentru a garanta unicitatea şi coerenţa de sarcini probabile obţinute prin diferite metode, mecanica statistică şi deducţie logică , în special. Strict vorbind, distribuţiile de proces, care nu a maximizeaza entropia,.

Principiul de entropie maximă este util numai atunci când se aplică informaţii testabile. O bucată de informaţii este testabilă, dacă se poate determina dacă o anumită distribuţie este în concordanţă cu ea.