Τι είναι η Εντροπία
Η θερμοδυναμική είναι μια σημαντική έννοια που βοηθά στην κατανόηση της εντροπίας και του τρόπου λειτουργίας της. Λοιπόν, τι είναι η Εντροπία; Είναι μια θερμοδυναμική φυσική ιδιότητα που εφαρμόζεται σε διάφορες πτυχές της φυσικής και της χημείας. Η κατάσταση τυχαίας ή αταξίας στο μοριακό σύστημα είναι η εντροπία. Ο Rudolf Clausius εισήγαγε για πρώτη φορά την έννοια της εντροπίας το 1850. Εξηγείται και εφαρμόζεται κυρίως ως ιδιότητα του κλασικού θερμοδυναμικού συστήματος. Η διαταραχή στο σύστημα είναι γνωστή ως εντροπία, και όσο μεγαλύτερη είναι η διαταραχή, τόσο μεγαλύτερη είναι η εντροπία. Είναι μια διαδικασία παραγωγής θερμότητας. Η έννοια της εντροπίας είναι κεντρική στον δεύτερο και τρίτο νόμο της θερμοδυναμικής. Τα θέματα συζητούν την εντροπία και τον τρόπο εφαρμογής της στο σύστημα.
Εντροπία; Σημασία και υπολογισμός
Η εντροπία είναι μια μέτρηση της τυχαιότητας στο σύστημα. Όσο υψηλότερη είναι η τυχαιότητα στο σύστημα, τόσο μεγαλύτερη είναι η παραγωγή θερμότητας.
Η εντροπία είναι μια αναστρέψιμη διαδικασία. Οι μονάδες εντροπίας είναι μονάδες Joules ανά Kelvin (J.K-1) ή kg.m2.s-2.K-1.
Ένα εξαιρετικά οργανωμένο σύστημα έχει χαμηλή εντροπία, ενώ ένα εξαιρετικά αποδιοργανωμένο σύστημα έχει υψηλή εντροπία.
Η εντροπία μετράται με βάση τη δομική ανωμαλία. Τα στερεά έχουν τη χαμηλότερη εντροπία καθώς τα στερεά έχουν κανονική διάταξη. Τα αέρια έχουν υψηλότερες τιμές εντροπίας λόγω της αποδιοργανωμένης τους διάταξης.
Η εντροπία συμβολίζεται με S και η αλλαγή στην εντροπία συμβολίζεται με ΔS. Η συνολική εντροπία είναι κάθε είδους αυθόρμητη διαδικασία ή σύστημα που μπορεί να εμφανιστεί ως:
Η θερμοκρασία είναι αντιστρόφως ανάλογη της εντροπίας. Η μεταβολή της εντροπίας ορίζεται ως η μεταβολή της θερμότητας (ΔQ) και είναι αντιστρεπτά ανάλογη της απόλυτης θερμοκρασίας. Κατά την αλλαγή της εντροπίας, ο τύπος της εντροπίας είναι
∆S =ΔQ/T
Όπου ∆S =αλλαγή στην εντροπία
ΔQ =ποσότητα θερμότητας που εκπέμπεται ή απορροφάται ισοθερμικά
T =θερμοκρασία
Όταν το σύστημα φτάσει στο μέγιστο σε κατάσταση ισορροπίας, η μεταβολή στην εντροπία γίνεται μηδέν. Αυτό αντιπροσωπεύεται από:
ΔStotal =ΔSsystem + ΔSsurroundig
Στον τομέα της θερμοδυναμικής και της φυσικής χημείας, η εντροπία σχετίζεται με την εσωτερική ενέργεια του συστήματος με την ακόλουθη εξίσωση:
dU =TdS – pdV
πού
dU =αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια
T =απόλυτη θερμοκρασία
dS =αλλαγή στην εντροπία
p =εξωτερική πίεση
dV =αλλαγή στην ένταση
Τι είναι η εντροπία σύμφωνα με τον Πρώτο Νόμο της Θερμοδυναμικής;
Σύμφωνα με τον Πρώτο Νόμο της Θερμοδυναμικής, η ενέργεια ούτε δημιουργείται ούτε καταστρέφεται, αλλά η ενέργεια διατηρείται. Η μεταβολή στην εσωτερική ενέργεια του συστήματος είναι ίση με το άθροισμα της θερμότητας που λαμβάνεται ή χάνεται από το σύστημα. Ως εκ τούτου, σύμφωνα με τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής:
Υπάρχει αύξηση της εντροπίας με αλλαγή στην κατάσταση της ύλης. Αυτό σημαίνει ότι η στερεά κατάσταση έχει τη χαμηλότερη εντροπία, ενώ η αέρια κατάσταση έχει την υψηλότερη.
Τι είναι η εντροπία σύμφωνα με τον Δεύτερο Νόμο της Θερμοδυναμικής;
Η θερμοδυναμική είναι η μελέτη της αλλαγής θερμότητας ή της μεταφοράς θερμότητας σε ένα σύστημα. Βοηθά στη μελέτη της μεταφοράς θερμότητας από το ένα σώμα στο άλλο. Σύμφωνα με τον δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο, η συνολική εντροπία ενός κλειστού συστήματος δεν μπορεί να μειωθεί. Η εντροπία ενός συστήματος μειώνεται αυξάνοντας την εντροπία ενός άλλου συστήματος. Σύμφωνα με τον δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο, όλες οι αυθόρμητες διεργασίες απαιτούν μια καθαρή αύξηση της εντροπίας του συστήματος, και ως εκ τούτου αυξάνει συνεχώς την εντροπία. Ως εκ τούτου, μπορεί να δηλωθεί ως:
"Σε κάθε αυθόρμητη διαδικασία, ο ρυθμός εντροπίας στο σύμπαν πάντα αυξάνεται". Ως εκ τούτου, η εντροπία του σύμπαντος αυξάνεται συνεχώς. Αντιπροσωπεύεται από
ΔSuniverse =ΔSsystem + ΔSsurrounding (Πάντα>0)
ΔSsystem =0 για σύστημα σε ισορροπία
ΔSsystem≠0 για μια μη αναστρέψιμη διαδικασία
Έτσι, για ένα αυθόρμητο και μη αναστρέψιμο σύστημα, η τιμή ΔS>0.
Τι είναι η εντροπία σύμφωνα με τον Τρίτο Νόμο της Θερμοδυναμικής;
Καθώς η απόλυτη θερμοκρασία πλησιάζει το μηδέν, η εντροπία του καθαρού κρυσταλλικού στερεού πλησιάζει το μηδέν. Η τυχαιότητα ή η εντροπία του συστήματος είναι ελάχιστη όταν η απόλυτη θερμοκρασία είναι μηδέν. Η θερμότητα του συστήματος μειώνεται με τη μείωση της θερμοκρασίας και η απόλυτη θερμοκρασία είναι η χαμηλότερη. Ο τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής βασίζεται στο γεγονός ότι η εντροπία του συστήματος είναι τέλεια διατεταγμένη σε απόλυτο μηδέν θερμοκρασία.
Εντροπία και Παραδείγματα Εντροπίας
Τι είναι η Εντροπία; Παραδείγματα εντροπίας βοηθούν στην κατανόηση των εφαρμογών της. Ακολουθούν μερικά παραδείγματα εντροπίας και της εφαρμογής της στην καθημερινή ζωή:
Όταν το ζεστό και το κρύο νερό αναμειγνύονται, οδηγεί σε αύξηση της εντροπίας. Η αύξηση της εντροπίας οδηγεί σε υποβάθμιση της ενέργειας από υψηλότερα σε χαμηλότερα επίπεδα χωρίς να έχει γίνει καμία εργασία.
Η διάλυση του αλατιού στο νερό αυξάνει την εντροπία λόγω της διάσπασης των κρυστάλλων αλατιού. Το νερό διασπά τα άτομα νατρίου και χλωρίου. Αυτό βοηθά στην ελεύθερη κίνηση των ιόντων στα μόρια του νερού, αυξάνοντας την εντροπία.
Η ψύξη των τροφίμων, ειδικά η μετατροπή του νερού σε πάγο, είναι ένα παράδειγμα μείωσης της εντροπίας.
Συμπέρασμα
Η εντροπία συνδέεται με διάφορες καθημερινές δραστηριότητες και ως εκ τούτου είναι η αλλαγή στην κατάσταση της ενέργειας που συνοδεύεται από θερμότητα. Λοιπόν, τι είναι η εντροπία θερμοδυναμικά; Αντιπροσωπεύεται από τον πρώτο, δεύτερο και τρίτο νόμο της θερμοδυναμικής που βοηθά στην αλλαγή της μεταφοράς θερμότητας. Όταν η τυχαιότητα στο σύστημα είναι υψηλή, χαρακτηρίζεται από τον υψηλό ρυθμό εντροπίας, ενώ η μικρότερη είναι η τυχαιότητα των μορίων στο σύστημα. έχει χαμηλή εντροπία.
