Kaj je entropija in kako jo izračunati

Entropija je opredeljena kot količinsko merilo motnje ali naključnosti v sistemu. Koncept izhaja iz termodinamika, ki se ukvarja s prenosom toplotna energija znotraj sistema. Namesto da bi govorili o neki obliki "absolutne entropije", fiziki na splošno razpravljajo o spremembi entropije, ki se dogaja v določenem termodinamični proces.

Ključni ukrepi: Izračun entropije

V an izotermičen postopek, sprememba entropije (delta-S) je sprememba toplote (V) razdeljeno na absolutna temperatura (T):

delta-S = V/T

V vsakem reverzibilnem termodinamičnem postopku je lahko v računu predstavljen kot integral od začetnega stanja procesa do končnega stanja dQ/T. V splošnejšem smislu je entropija merilo verjetnosti in molekulske motnje makroskopskega sistema. V sistemu, ki ga lahko opisujejo spremenljivke, lahko te spremenljivke prevzamejo določeno število konfiguracij. Če je vsaka konfiguracija enako verjetna, je entropija naravni logaritem števila konfiguracij, pomnoženih z Boltzmannovo konstanto:

S = k_B ln W

kjer je S entropija, k_B je Boltzmannova konstanta, ln je naravni logaritem in W predstavlja število možnih stanj. Boltzmannova konstanta je enaka 1.38065 × 10⁻²³ J / K.

Entropija velja za obsežno lastnost snovi, ki se izrazi z energijo, deljeno s temperaturo. The SI enote entropije so J / K (džul / stopinj Kelvin).

Eden od načinov navajanja drugi zakon termodinamike je naslednje: v katerem koli zaprt sistementropija sistema bodisi ostane konstantna bodisi se poveča.

To si lahko ogledate na naslednji način: dodajanje toplote v sistem povzroči, da se molekule in atomi pospešijo. Morda je mogoče (čeprav zapleteno) postopek obrniti v zaprtem sistemu, ne da bi črpali energijo ali sprostili energije nekje drugje, da bi dosegli začetno stanje. Nikoli ne morete dobiti celotnega sistema "manj energičnega" kot takrat, ko se je začel. Energija nima kam iti. Pri nepovratnih procesih se kombinirana entropija sistema in njegovega okolja vedno poveča.

Ta pogled na drugi zakon termodinamike je zelo priljubljen in je bil zlorabljen. Nekateri trdijo, da drugi zakon termodinamike pomeni, da sistem nikoli ne more postati bolj urejen. To je neresnično. To samo pomeni, da lahko postanete bolj urejeni (da se entropija zmanjša) od nekod prenesite energijo zunaj sistema, na primer, ko nosečnica črpa energijo iz hrane, zaradi česar se oplojeno jajčece oblikuje v a dojenček. To je popolnoma v skladu z določbami drugega zakona.

Entropija je znana tudi kot motnja, kaos in naključnost, čeprav so vsi trije sopomenke nenatančni.

Povezani izraz je "absolutna entropija", ki ga označujemo s S raje kot ΔS. Absolutna entropija je opredeljena v skladu s tretjim zakonom termodinamike. Tukaj se uporablja konstanta, ki omogoča, da je entropija pri absolutni ničli enaka nič.