Τι είναι η εντροπία και πώς να την υπολογίσετε
Η εντροπία ορίζεται ως το ποσοτικό μέτρο της αταξίας ή της τυχαιότητας σε ένα σύστημα. Η ιδέα προέρχεται από τη θερμοδυναμική, η οποία ασχολείται με τη μεταφορά θερμικής ενέργειας μέσα σε ένα σύστημα. Αντί να μιλούν για κάποια μορφή «απόλυτης εντροπίας», οι φυσικοί γενικά συζητούν την αλλαγή στην εντροπία που λαμβάνει χώρα σε μια συγκεκριμένη θερμοδυναμική διαδικασία.
Βασικά συμπεράσματα:Υπολογισμός εντροπίας
- Η εντροπία είναι ένα μέτρο της πιθανότητας και της μοριακής διαταραχής ενός μακροσκοπικού συστήματος.
- Αν κάθε διαμόρφωση είναι εξίσου πιθανή, τότε η εντροπία είναι ο φυσικός λογάριθμος του αριθμού των διαμορφώσεων, πολλαπλασιαζόμενος με τη σταθερά του Boltzmann:S =kB Στο Δ
- Για να μειωθεί η εντροπία, πρέπει να μεταφέρετε ενέργεια από κάπου έξω από το σύστημα.
Πώς να υπολογίσετε την εντροπία
Σε μια ισοθερμική διαδικασία, η αλλαγή στην εντροπία (δέλτα-S ) είναι η μεταβολή της θερμότητας (Q ) διαιρούμενο με την απόλυτη θερμοκρασία (T ):
δέλτα-S = Ε /Τ
Σε οποιαδήποτε αναστρέψιμη θερμοδυναμική διεργασία, μπορεί να αναπαρασταθεί στον λογισμό ως το ολοκλήρωμα από την αρχική κατάσταση μιας διεργασίας στην τελική της κατάσταση dQ /Τ. Με μια γενικότερη έννοια, η εντροπία είναι ένα μέτρο της πιθανότητας και της μοριακής διαταραχής ενός μακροσκοπικού συστήματος. Σε ένα σύστημα που μπορεί να περιγραφεί με μεταβλητές, αυτές οι μεταβλητές μπορεί να λάβουν έναν ορισμένο αριθμό διαμορφώσεων. Εάν κάθε διαμόρφωση είναι εξίσου πιθανή, τότε η εντροπία είναι ο φυσικός λογάριθμος του αριθμού των διαμορφώσεων, πολλαπλασιαζόμενος με τη σταθερά του Boltzmann:
S =kB Στο W
όπου S είναι εντροπία, kB είναι η σταθερά του Boltzmann, το ln είναι ο φυσικός λογάριθμος και το W αντιπροσωπεύει τον αριθμό των πιθανών καταστάσεων. Η σταθερά του Boltzmann είναι ίση με 1,38065 × 10 J/K.
Μονάδες εντροπίας
Η εντροπία θεωρείται ότι είναι μια εκτεταμένη ιδιότητα της ύλης που εκφράζεται ως ενέργεια διαιρούμενη με τη θερμοκρασία. Οι μονάδες εντροπίας SI είναι J/K (joules/μοίρες Kelvin).
Εντροπία και ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής
Ένας τρόπος έκφρασης του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής είναι ο εξής:σε οποιοδήποτε κλειστό σύστημα, η εντροπία του συστήματος είτε θα παραμείνει σταθερή είτε θα αυξηθεί.
Μπορείτε να το δείτε ως εξής:η προσθήκη θερμότητας σε ένα σύστημα προκαλεί επιτάχυνση των μορίων και των ατόμων. Μπορεί να είναι δυνατό (αν και δύσκολο) να αντιστραφεί η διαδικασία σε ένα κλειστό σύστημα χωρίς να αντληθεί ενέργεια από ή να απελευθερωθεί ενέργεια κάπου αλλού για να φτάσει στην αρχική κατάσταση. Δεν μπορείτε ποτέ να αποκτήσετε ολόκληρο το σύστημα «λιγότερο ενεργητικό» από όταν ξεκίνησε. Η ενέργεια δεν έχει πού να πάει. Για μη αναστρέψιμες διεργασίες, η συνδυασμένη εντροπία του συστήματος και του περιβάλλοντος του αυξάνεται πάντα.
Εσφαλμένες αντιλήψεις για την εντροπία
Αυτή η άποψη του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής είναι πολύ δημοφιλής και έχει γίνει κατάχρηση. Κάποιοι υποστηρίζουν ότι ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής σημαίνει ότι ένα σύστημα δεν μπορεί ποτέ να γίνει πιο τακτοποιημένο. Αυτό είναι αναληθές. Σημαίνει απλώς ότι για να γίνεις πιο τακτοποιημένος (για να μειωθεί η εντροπία), πρέπει να μεταφέρεις ενέργεια από κάπου έξω από το σύστημα, όπως όταν μια έγκυος γυναίκα αντλεί ενέργεια από τα τρόφιμα για να κάνει το γονιμοποιημένο ωάριο να σχηματιστεί σε μωρό. Αυτό είναι απολύτως σύμφωνο με τις διατάξεις του δεύτερου νόμου.
Η εντροπία είναι επίσης γνωστή ως αταξία, χάος και τυχαιότητα, αν και και τα τρία συνώνυμα είναι ανακριβή.
Απόλυτη Εντροπία
Ένας σχετικός όρος είναι η "απόλυτη εντροπία", η οποία συμβολίζεται με S αντί ΔS . Η απόλυτη εντροπία ορίζεται σύμφωνα με τον τρίτο νόμο της θερμοδυναμικής. Εδώ εφαρμόζεται μια σταθερά που την κάνει έτσι ώστε η εντροπία στο απόλυτο μηδέν να ορίζεται ως μηδέν.
