Co to jest Entropia?

Entropia to ważna koncepcja w fizyce i chemia, a ponadto można go zastosować do innych dyscyplin, w tym kosmologia i ekonomia. W fizyce jest częścią termodynamiki. W chemii jest to podstawowa koncepcja w Chemia fizyczna.

Kluczowe rzeczy na wynos: Entropia

Entropia jest miarą zaburzenia systemu. To jest rozległa nieruchomość układu termodynamicznego, co oznacza, że ​​jego wartość zmienia się w zależności od ilości materia to jest obecne. W równaniach entropia jest zwykle oznaczona literą S i ma jednostki dżuli na kelwina (J⋅K⁻¹) lub kg⋅m².S⁻²⋅K⁻¹. Wysoce uporządkowany system ma niską entropię.

Istnieje wiele sposobów obliczania entropii, ale dwa najczęstsze równania dotyczą odwracalnych procesów termodynamicznych i

Entropia procesu odwracalnego

Przy obliczaniu entropii procesu odwracalnego przyjmuje się pewne założenia. Prawdopodobnie najważniejszym założeniem jest to, że każda konfiguracja w ramach procesu jest równie prawdopodobna (co może nie być w rzeczywistości). Przy równym prawdopodobieństwie wyników entropia jest równa stałej Boltzmanna (k_b) pomnożonej przez logarytm naturalny liczby możliwych stanów (W):

S = k_b W W.

Stała Boltzmanna wynosi 1.38065 × 10−23 J / K.

Entropia procesu izotermicznego

Można znaleźć rachunek całkowy dQ/T. od stanu początkowego do końcowego, gdzie Q jest ciepło i T. jest temperatura bezwzględna (Kelvina) systemu.

Innym sposobem na stwierdzenie tego jest to, że zmiana entropii (ΔS) równa się zmianie ciepła (ΔQ) podzielona przez temperaturę bezwzględną (T.):

ΔS = ΔQ / T.

Entropia i energia wewnętrzna

W chemii fizycznej i termodynamice jedno z najbardziej przydatnych równań wiąże entropię z energią wewnętrzną (U) układu:

dU = T dS - p dV

Tutaj zmiana energii wewnętrznej dU równa się temperaturze bezwzględnej T. pomnożone przez zmianę entropii minus ciśnienie zewnętrzne p i zmiana głośności V..

The druga zasada termodynamiki podaje całkowitą entropię a zamknięty system nie można zmniejszyć. Jednak w systemie entropia jednego systemu mogą zmniejsz przez podniesienie entropii innego systemu.

Niektórzy naukowcy przewidują, że entropia wszechświata wzrośnie do tego stopnia, że ​​losowość tworzy system niezdolny do użytecznej pracy. Gdyby pozostała tylko energia cieplna, można by powiedzieć, że wszechświat umarł śmiercią cieplną.

Jednak inni naukowcy kwestionują teorię śmierci cieplnej. Niektórzy twierdzą, że wszechświat jako system odsuwa się od entropii, nawet gdy obszary w nim rosną w entropii. Inni uważają wszechświat za część większego systemu. Jeszcze inni twierdzą, że możliwe stany nie mają równego prawdopodobieństwa, więc zwykłe równania do obliczania entropii nie są ważne.

Blok lodu wzrośnie entropia jak się topi. Łatwo jest zwizualizować wzrost zaburzenia systemu. Lód składa się z cząsteczek wody połączonych ze sobą w sieci krystalicznej. W miarę topnienia lodu cząsteczki zyskują więcej energii, rozprzestrzeniają się dalej i tracą strukturę, tworząc ciecz. Podobnie zmiana fazy z cieczy na gaz, podobnie jak z wody na parę, zwiększa energię układu.

Z drugiej strony energia może się zmniejszyć. Dzieje się tak, gdy para zmienia fazę w wodę lub gdy woda zmienia się w lód. Druga zasada termodynamiki nie jest naruszana, ponieważ materia nie jest w układzie zamkniętym. Podczas gdy entropia badanego systemu może się zmniejszyć, zwiększa się środowisko.

Entropia jest często nazywana strzała czasu ponieważ materia w odizolowanych systemach ma tendencję do przemieszczania się z porządku na nieporządek.

• Atkins, Peter; Julio De Paula (2006). Chemia fizyczna (Wydanie 8). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870072-2.
• Chang, Raymond (1998). Chemia (Wydanie 6). Nowy Jork: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
• Clausius, Rudolf (1850). O mocy napędowej ciepła i prawach, które można z niego wywnioskować dla teorii ciepła. Poggendorff's Annalen der Physick, LXXIX (przedruk Dover). ISBN 978-0-486-59065-3.
• Landsberg, P.T. (1984). „Czy Entropia i„ Zamówienie ”mogą rosnąć razem?”. Listy fizyki. 102A (4): 171–173. doi:10.1016/0375-9601(84)90934-4
• Watson, J.R.; Carson, E.M. (maj 2002). "Licencjackie rozumienie przez studentów entropii i darmowej energii Gibbsa." Uniwersytecka edukacja chemiczna. 6 (1): 4. ISSN 1369-5614