Ce este entropia și cum se calculează

Entropia este definită ca măsura cantitativă a tulburării sau aleatoriei într-un sistem. Conceptul iese din termodinamică, care se ocupă de transferul energiei termice în cadrul unui sistem. În loc să vorbească despre o anumită formă de „entropie absolută”, fizicienii discută în general despre schimbarea entropiei care are loc într-un proces termodinamic specific.

Cheltuieli cheie: Calcularea entropiei

• Entropia este o măsură a probabilității și a tulburării moleculare a unui sistem macroscopic.
• Dacă fiecare configurație este la fel de probabilă, atunci entropia este logaritmul natural al numărului de configurații, înmulțit de constanta lui Boltzmann: S = k_B În W
• Pentru ca entropia să scadă, trebuie să transferați energia de undeva din afara sistemului.

Cum se calculează entropia

Într-un proces izoterm, modificarea entropiei (delta-S) este schimbarea căldurii (Q) împărțit la temperatura absolută (T):

deltă-S = Q/T

În orice proces termodinamic reversibil, acesta poate fi reprezentat în calcul ca integrală de la starea inițială a unui proces la starea finală a lui dQ/T. Într-un sens mai general, entropia este o măsură a probabilității și a tulburării moleculare a unui sistem macroscopic. Într-un sistem care poate fi descris de variabile, acele variabile pot presupune un anumit număr de configurații. Dacă fiecare configurație este la fel de probabilă, atunci entropia este logaritmul natural al numărului de configurații, înmulțit de constanta lui Boltzmann:

S = k_B În W

unde S este entropie, k_B este constanta lui Boltzmann, ln este logaritmul natural, iar W reprezintă numărul de stări posibile. Constanta lui Boltzmann este egală cu 1.38065 × 10^-23 J / K.

Unități de entropie

Entropia este considerată o proprietate extinsă a materiei care este exprimată în termeni de energie împărțită la temperatură. Unitățile SI de entropie sunt J / K (joule / grade Kelvin).

Entropia și a doua lege a termodinamicii

O modalitate de a declara a doua lege a termodinamicii este următoarea: în orice sistem închis, entropia sistemului va rămâne constantă sau va crește.

Puteți vedea acest lucru după cum urmează: adăugarea de căldură într-un sistem determină accelerarea moleculelor și atomilor. Poate fi posibil (deși complicat) inversarea procesului într-un sistem închis fără a atrage energie sau a elibera energie din altă parte pentru a ajunge la starea inițială. Nu puteți obține niciodată întregul sistem „mai puțin energetic” decât atunci când a început. Energia nu are unde să se ducă. Pentru procese ireversibile, entropia combinată a sistemului și a mediului său crește întotdeauna.

Concepții greșite despre entropie

Această viziune a celei de-a doua legi a termodinamicii este foarte populară și a fost utilizată greșit. Unii susțin că a doua lege a termodinamicii înseamnă că un sistem nu poate deveni niciodată mai ordonat. Acest lucru este neadevărat. Înseamnă doar că pentru a deveni mai ordonat (pentru ca entropia să scadă), trebuie să transferați energia de undeva din afara sistemului, cum ar fi atunci când o femeie însărcinată extrage energie din alimente pentru a determina oul fecundat să se formeze într-un copil. Acest lucru este complet în conformitate cu dispozițiile legii a doua.

Entropia este cunoscută și ca tulburare, haos și aleatoriu, deși toate cele trei sinonime sunt imprecise.

Entropie absolută

Un termen înrudit este „entropie absolută”, care este notat cu S Decat ΔS. Entropia absolută este definită în conformitate cu a treia lege a termodinamicii. Aici se aplică o constantă care o face astfel încât entropia la zero absolut să fie definită ca fiind zero.