Ce este Entropia?

Entropia este un concept important în fizică și chimie, plus că poate fi aplicat și la alte discipline, inclusiv cosmologie și economie. În fizică, face parte din termodinamică. În chimie, este un concept de bază în Chimie Fizica.

Cheltuieli cheie: Entropie

Entropia este măsura tulburării unui sistem. Este un proprietate extinsă a unui sistem termodinamic, ceea ce înseamnă că valoarea acestuia se modifică în funcție de cantitatea de materie care este prezent. În ecuații, entropia este notată de obicei prin litera S și are unități de joules per kelvin (J⋅K⁻¹) sau kg⋅m²⋅s⁻²⋅K⁻¹. Un sistem foarte ordonat are o entropie scăzută.

Există mai multe moduri de a calcula entropia, dar cele mai comune două ecuații sunt pentru procese termodinamice reversibile procese izoterme (temperatură constantă).

Entropia unui proces reversibil

Anumite presupuneri se fac atunci când se calculează entropia unui proces reversibil. Probabil cea mai importantă presupunere este că fiecare configurație din cadrul procesului este la fel de probabilă (ceea ce poate nu este de fapt). Dată fiind probabilitatea egală a rezultatelor, entropia este egală cu constanta lui Boltzmann (k_B) înmulțit cu logaritmul natural al numărului de stări posibile (W):

S = k_B În W

Constanta lui Boltzmann este 1.38065 × 10–23 J / K.

Entropia unui proces izotermic

Calculul poate fi folosit pentru a găsi integralitatea dQ/T de la starea inițială la starea finală, unde Q este căldură și T este temperatura absolută (Kelvin) a unui sistem.

Un alt mod de a afirma acest lucru este că schimbarea entropiei (ΔS) este egală cu schimbarea căldurii (ΔQ) împărțit la temperatura absolută (T):

ΔS = ΔQ / T

Entropie și energie internă

În chimia fizică și termodinamică, una dintre cele mai utile ecuații se referă la entropia cu energia internă (U) a unui sistem:

dU = T dS - p dV

Aici, schimbarea energiei interne dU este egal cu temperatura absolută T înmulțit cu modificarea entropiei minus presiunea externă p și modificarea volumului V.

a doua lege a termodinamicii afirmă entropia totală a sistem închis nu poate scădea. Cu toate acestea, în cadrul unui sistem, entropia unui singur sistem poate sa scădere prin creșterea entropiei unui alt sistem.

Unii oameni de știință prezic că entropia universului va crește până la crearea unui sistem incapabil de muncă utilă. Când rămâne doar energia termică, universul ar fi murit de moarte prin căldură.

Cu toate acestea, alți oameni de știință contestă teoria morții prin căldură. Unii spun că universul ca un sistem se îndepărtează mai departe de entropie chiar dacă zonele din interiorul acestuia cresc în entropie. Alții consideră universul ca parte a unui sistem mai mare. Totuși, alții spun că stările posibile nu au o probabilitate egală, deci ecuațiile obișnuite de a calcula entropia nu sunt valabile.

Un bloc de gheață va crește în entropie pe măsură ce se topește. Este ușor de vizualizat creșterea tulburării sistemului. Gheața este formată din molecule de apă legate între ele într-o rețea de cristal. Pe măsură ce gheața se topește, moleculele câștigă mai multă energie, se răspândesc mai departe și pierd structura pentru a forma un lichid. În mod similar, schimbarea de fază de la un lichid la un gaz, ca de la apă la abur, crește energia sistemului.

Pe partea de rabat, energia poate scădea. Acest lucru se produce pe măsură ce aburul schimbă faza în apă sau pe măsură ce apa se schimbă la gheață. A doua lege a termodinamicii nu este încălcată, deoarece materia nu se află într-un sistem închis. În timp ce entropia sistemului studiat poate scădea, cea a mediului crește.

Entropia este adesea numită săgeata timpului deoarece materia din sistemele izolate tinde să treacă de la ordine la tulburare.

• Atkins, Peter; Julio De Paula (2006). Chimie Fizica (Ediția a VIII-a). Presa Universitatii Oxford. ISBN 978-0-19-870072-2.
• Chang, Raymond (1998). Chimie (Ediția a 6-a). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
• Clausius, Rudolf (1850). Pe puterea motivă a căldurii și pe legile care pot fi deduse din ea pentru teoria căldurii. lui Poggendorff Annalen der Physick, LXXIX (Reimprimare Dover). ISBN 978-0-486-59065-3.
• Landsberg, P.T. (1984). „Poate Entropia și„ Ordinea „să crească împreună?". Scrisori de fizică. 102A (4): 171–173. doi:10.1016/0375-9601(84)90934-4
• Watson, J.R.; Carson, E. M. (mai 2002). "Înțelegerile studenților de licență despre entropie și energia liberă Gibbs." Educație în chimie universitară. 6 (1): 4. ISSN 1369-5614