Kaj je entropija?

Entropija je pomemben pojem v fiziki in kemije, poleg tega pa se lahko uporablja tudi za druge discipline, tudi kozmologija in ekonomije. V fiziki je del termodinamike. V kemiji je temeljni koncept v fizikalna kemija.

Ključni odvzemi: entropija

Entropija je merilo motnje sistema. Je obsežna lastnina termodinamičnega sistema, kar pomeni, da se njegova vrednost spreminja, odvisno od količine zadeva ki je prisoten. V enačbah je entropija običajno označena s črko S in ima enote joulov na kelvin (J⋅K)⁻¹) ali kg⋅m²⋅s⁻²⋅K⁻¹. Zelo urejen sistem ima nizko entropijo.

Obstaja več načinov izračuna entropije, vendar sta dve najpogostejši enačbi za reverzibilne termodinamične procese in izotermični (stalna temperatura) procesi.

Entropija reverzibilnega procesa

Pri izračunu entropije reverzibilnega postopka so določene predpostavke. Verjetno najpomembnejša domneva je, da je vsaka konfiguracija znotraj procesa enako verjetna (kar dejansko ne more biti). Ob enaki verjetnosti izidov je entropija enaka Boltzmannovi stalnici (k_B) pomnoženo z naravnim logaritmom števila možnih stanj (W):

S = k_B ln W

Boltzmannova konstanta je 1.38065 × 10−23 J / K.

Entropija izotermičnega procesa

Izračun se lahko uporabi za iskanje integralnega dela dQ/T od začetnega do končnega stanja, kjer V je toplota in T ali je absolutna (kelvinska) temperatura sistema.

Drug način za to je, da je sprememba entropije (ΔS) je enak spremembi toplote (ΔQ) deljeno z absolutno temperaturo (T):

ΔS = ΔQ / T

Entropija in notranja energija

V fizični kemiji in termodinamiki se ena najbolj uporabnih enačb nanaša na entropijo do notranje energije (U) sistema:

dU = T dS - p dV

Tukaj je sprememba notranje energije dU enako absolutni temperaturi T pomnoženo s spremembo entropije minus zunanji tlak str in sprememba prostornine V.

The drugi zakon termodinamike navaja skupno entropijo a zaprt sistem ne more zmanjšati. Vendar pa je znotraj sistema entropija enega sistema lahko zmanjšati z zvišanjem entropije drugega sistema.

Nekateri znanstveniki predvidevajo, da se bo entropija vesolja povečala do točke, ko naključnost ustvari sistem, ki ni sposoben uporabnega dela. Ko ostane samo še toplotna energija, bi vesolje reklo, da je umrlo zaradi toplotne smrti.

Vendar pa drugi znanstveniki oporekajo teoriji toplotne smrti. Nekateri pravijo, da se vesolje kot sistem oddaljuje od entropije, tudi ko se v njem entropija povečuje. Drugi menijo, da je vesolje del večjega sistema. Drugi pa pravijo, da možna stanja nimajo enake verjetnosti, zato običajne enačbe za izračun entropije niso veljavne.

V ledu se bo povečal blok ledu entropija ko se topi. Zvišanje motnje v sistemu je enostavno predstaviti. Led je sestavljen iz molekul vode, ki so med seboj povezane v kristalni rešetki. Ko se led topi, molekule pridobivajo več energije, se širijo bolj narazen in izgubljajo strukturo, da tvorijo tekočino. Podobno sprememba faze iz tekočine v plin, kot iz vode v paro, povečuje energijo sistema.

Na drugi strani se lahko energija zmanjša. Do tega pride, ko se para spremeni v fazo vode ali ko se voda spremeni v led. Drugi zakon termodinamike ni kršen, ker zadeva ni v zaprtem sistemu. Medtem ko se lahko entropija sistema, ki se preučuje, zmanjša.

Entropijo pogosto imenujemo puščica časa ker se materija v izoliranih sistemih navadno premika iz reda v nered.

• Atkins, Peter; Julio De Paula (2006). Fizikalna kemija (8. izd.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870072-2.
• Chang, Raymond (1998). Kemija (6. izd.). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
• Klavzij, Rudolf (1850). O gibalni moči toplote in o zakonih, ki jih lahko iz tega razberemo za teorijo toplote. Poggendorffove Annalen der Physick, LXXIX (Dover Ponatis). ISBN 978-0-486-59065-3.
• Landsberg, P.T. (1984). "Ali se lahko entropija in" naročilo "skupaj povečata?". Pisma fizike. 102A (4): 171–173. doi:10.1016/0375-9601(84)90934-4
• Watson, J.R.; Carson, E.M. (maj 2002). "Študenti dodiplomskega razumevanja entropije in Gibbsove brezplačne energije." Univerzitetno izobraževanje iz kemije. 6 (1): 4. ISSN 1369-5614