Kaj je entropija in kako jo izračunati

Pomen entropije v fiziki

Entropija je merilo naključnosti ali neurejenosti sistema. Atomic Imagery/Getty Images

Entropija je opredeljena kot kvantitativna mera neurejenosti 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 zgodi v določenem termodinamični proces .

Ključni zaključki: Izračun entropije

• Entropija je merilo verjetnosti in molekularne neurejenosti makroskopskega sistema.
• Če je vsaka konfiguracija enako verjetna, potem je entropija naravni logaritem števila konfiguracij, pomnožen z Boltzmanovo konstanto: S = k_Bln
• Da se entropija zmanjša, morate prenesti energijo od nekje zunaj sistema.

Kako izračunati entropijo

V an izotermični proces , sprememba entropije (delta- S ) je sprememba toplote ( Q ), deljeno z absolutna temperatura ( T ):

delta- S = Q / T

V katerem koli reverzibilnem termodinamičnem procesu ga je mogoče predstaviti v računu kot integral od začetnega stanja procesa do njegovega končnega stanja dQ / T. V splošnejšem smislu je entropija merilo verjetnosti in molekularne neurejenosti makroskopskega sistema. V sistemu, ki ga je mogoče opisati s spremenljivkami, lahko te spremenljivke prevzamejo določeno število konfiguracij. Če je vsaka konfiguracija enako verjetna, potem je entropija naravni logaritem števila konfiguracij, pomnožen z Boltzmannovo konstanto:

S = k_Bln

kjer je S entropija, k_Bje Boltzmannova konstanta, ln je naravni logaritem in W predstavlja število možnih stanj. Boltzmannova konstanta je enaka 1,38065 × 10²³J/K.

Entropijske enote

Entropija velja za obsežno lastnost snovi, ki je izražena z energijo, deljeno s temperaturo. The enote SI entropije so J/K (jouli/stopinje Kelvina).

Entropija in drugi zakon termodinamike

Eden od načinov za navedbo drugi zakon termodinamike je sledeča: v katerem koli zaprt sistem , bo entropija sistema ostala nespremenjena ali pa se bo povečala.

Na to lahko gledate takole: dodajanje toplote sistemu povzroči pospešitev molekul in atomov. Morda je mogoče (čeprav zapleteno) obrniti proces v zaprtem sistemu, ne da bi črpali energijo iz ali sprostili energijo nekje drugje, da bi dosegli začetno stanje. Celoten sistem nikoli ne more biti 'manj energičen' kot takrat, ko se je začel. Energija nima kam iti. Pri ireverzibilnih procesih se skupna entropija sistema in njegovega okolja vedno poveča.

Napačne predstave o entropiji

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 ni res. To samo pomeni, da morate, da postanete bolj urejeni (da se entropija zmanjša), prenesti energijo od nekje zunaj sistema, na primer, ko noseča ženska črpa energijo iz hrane, da povzroči, da se oplojeno jajčece oblikuje v otroka. To je povsem v skladu z določbami drugega zakona.

Entropija je znana tudi kot nered, kaos in naključnost, čeprav so vsi trije sinonimi nenatančni.

Absolutna entropija

Povezan izraz je 'absolutna entropija', ki je označen z S raje kot S . Absolutna entropija je definirana po tretjem zakonu termodinamike. Tu je uporabljena konstanta, ki omogoča, da je entropija pri absolutni ničli definirana kot nič.