Sinds het einde van de 19e eeuw, natuurkundigen weten dat de overdracht van energie van het ene lichaam naar het andere wordt geassocieerd met entropie. Al snel werd duidelijk dat deze hoeveelheid van fundamenteel belang is, en zo begon zijn triomfantelijke opkomst als een bruikbare theoretische grootheid in de natuurkunde, scheikunde en techniek. Echter, het is vaak erg moeilijk te meten. Professor Dietmar Block en Frank Wieben van de Kiel University (CAU) zijn er nu in geslaagd om entropie in complexe plasma's te meten, zoals ze onlangs meldden in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven . In een systeem van geladen microdeeltjes in dit geïoniseerde gas, de onderzoekers konden alle posities en snelheden van de deeltjes tegelijk meten. Op deze manier, ze waren in staat om de entropie te bepalen, zoals het rond 1880 al theoretisch werd beschreven door de natuurkundige Ludwig Boltzmann.

Verrassend thermodynamisch evenwicht in plasma

"Met onze experimenten konden we bewijzen dat in het belangrijke modelsysteem van complex plasma, de thermodynamische fundamenten zijn vervuld. Het verrassende is dat dit geldt voor microdeeltjes in een plasma, die ver verwijderd is van het thermodynamisch evenwicht, ", legt promovendus Frank Wieben uit. In zijn experimenten hij kan de thermische beweging van de microdeeltjes regelen door middel van een laserstraal. Met behulp van videomicroscopie, hij kan het dynamische gedrag van de deeltjes in realtime observeren, en bepaal de entropie op basis van de verzamelde informatie.

"Zo leggen we de basis voor toekomstige fundamentele studies over thermodynamica in sterk gekoppelde systemen. Deze zijn ook van toepassing op andere systemen, " zegt professor Dietmar Block van het Instituut voor Experimentele en Toegepaste Natuurkunde aan de CAU. De oorsprong van dit succes is grotendeels te danken aan de resultaten en diagnostische technieken.

Entropie verklaren met een waterexperiment

Een alledaags experiment illustreert entropie:als je een bak met heet water in een bak met koud water giet, het mengsel is koeler dan het hete water, en warmer dan het koude water. Echter, je kunt dit proces niet ongedaan maken - het is onomkeerbaar:water van gemiddelde temperatuur kan niet worden gesplitst in een bak met warm water en een bak met koud water.

De reden voor de onomkeerbaarheid van dit proces is entropie. De tweede wet van de thermodynamica stelt dat de entropie in een gesloten systeem in de loop van de tijd nooit afneemt. Daarom, het mengen van warm en koud water moet de entropie verhogen. Alternatief, entropie kan ook worden geassocieerd met de mate van wanorde of willekeur. In sterk vereenvoudigde termen, je zou kunnen zeggen dat systemen niet vanzelf in een ordelijkere toestand veranderen. Iemand moet orde scheppen, maar wanorde kan vanzelf ontstaan.