Opredelitev entropije v znanosti

Kemijski in fizikalni glosar Definicija entropije

Entropija je merilo neurejenosti ali naključnosti sistema. PM Images/Getty Images

Entropija je pomemben koncept v fiziki in kemija , poleg tega velja za druge discipline, vključno z kozmologija in ekonomija. V fiziki je del termodinamike. V kemiji je to osrednji konceptfizikalna kemija.

Ključni zaključki: Entropija

• Entropija je merilo naključnosti ali neurejenosti sistema.
• Vrednost entropije je odvisna od mase sistema. Označena je s črko S in ima enoto joulov na kelvin.
• Entropija ima lahko pozitivno ali negativno vrednost. Po drugem zakonu termodinamike se lahko entropija sistema zmanjša le, če se poveča entropija drugega sistema.

Entropija Definicija

Entropija je merilo neurejenosti sistema. Je an obsežno premoženje termodinamičnega sistema, kar pomeni, da se njegova vrednost spreminja glede na količino zadeva ki je prisoten. V enačbah je entropija običajno označena s črko S in ima enote joulov na kelvin (J⋅K⁻¹) ali kg⋅m^dva⋅s⁻²⋅K⁻¹. Visoko urejen sistem ima nizko entropijo.

Entropijska enačba in izračun

Obstaja več načinov za izračun entropije, vendar sta najpogostejši enačbi za reverzibilne termodinamične procese in izotermični (s konstantno temperaturo) procesi .

Entropija reverzibilnega procesa

Pri izračunu entropije reverzibilnega procesa so narejene nekatere predpostavke. Verjetno najpomembnejša predpostavka je, da je vsaka konfiguracija v procesu enako verjetna (kar morda dejansko ni). Ob enaki verjetnosti izidov je entropija enaka Boltzmannovi konstanti (k_B), pomnoženo z naravnim logaritmom števila možnih stanj (W):

S = k_Bln

Boltzmannova konstanta je 1,38065 × 10−23 J/K.

Entropija izotermnega procesa

Za iskanje integrala se lahko uporabi račun dQ / T od začetnega stanja do končnega stanja, kjer Q je vročina in T ali je absolutna temperatura (Kelvin). sistema.

Drug način za navedbo tega je, da je sprememba entropije ( S ) je enako spremembi toplote ( Q ), deljeno z absolutno temperaturo ( T ):

S = Q / T

Entropija in notranja energija

V fizikalni kemiji in termodinamiki ena najbolj uporabnih enačb povezuje entropijo z notranjo energijo (U) sistema:

od = T dS - p dV

Tukaj je sprememba notranje energije od je enaka absolutni temperaturi T pomnoženo s spremembo entropije minus zunanji pritisk str in sprememba glasnosti IN .

Entropija in drugi zakon termodinamike

The drugi zakon termodinamike navaja celotno entropijo a zaprt sistem ne more zmanjšati. Vendar znotraj sistema entropija enega sistema lahko zmanjšati s povečanjem entropije drugega sistema.

Entropija in toplotna smrt vesolja

Nekateri znanstveniki predvidevajo, da se bo entropija vesolja povečala do te mere, da bo naključnost ustvarila sistem, ki ni sposoben koristnega dela. Ko ostane samo toplotna energija, bi rekli, da je vesolje umrlo zaradi toplotne smrti.

Vendar drugi znanstveniki oporekajo teoriji toplotne smrti. Nekateri pravijo, da se vesolje kot sistem še bolj oddaljuje od entropije, čeprav območja v njem povečujejo entropijo. Drugi menijo, da je vesolje del večjega sistema. Spet drugi pravijo, da možna stanja nimajo enake verjetnosti, zato navadne enačbe za izračun entropije ne držijo.

Primer entropije

Povečal se bo blok ledu entropija ko se topi. Enostavno je vizualizirati povečanje motenj v sistemu. Led je sestavljen iz molekul vode, ki so med seboj povezane v kristalno mrežo. Ko se led tali, molekule pridobijo več energije, se bolj razmaknejo in izgubijo strukturo ter tvorijo tekočino. Podobno fazna sprememba iz tekočine v plin, kot iz vode v paro, poveča energijo sistema.

Na drugi strani se lahko energija zmanjša. To se zgodi, ko para spremeni fazo v vodo ali ko se voda spremeni v led. Drugi zakon termodinamike ni kršen, ker snov ni v zaprtem sistemu. Medtem ko se lahko entropija preučevanega sistema zmanjša, se entropija okolja poveča.

Entropija in čas

Entropija se pogosto imenuje puščica časa ker snov v izoliranih sistemih teži k premikanju iz reda v nered.

Viri

• Atkins, Peter; Julio DePaula (2006). Fizikalna kemija (8. izdaja). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870072-2.
• Chang, Raymond (1998). kemija (6. izdaja). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
• Clausius, Rudolf (1850). O gibalni moči toplote in o zakonih, ki jih je mogoče razbrati iz te teorije za toploto . Poggendorffa Annals of Physick , 79 (Doverski ponatis). ISBN 978-0-486-59065-3.
• Landsberg, P.T. (1984). 'Ali se lahko entropija in 'red' skupaj povečata?'. Physics Letters . 102A (4): 171–173. doi: 10.1016/0375-9601(84)90934-4
• Watson, J.R.; Carson, E.M. (maj 2002). ' Razumevanje entropije in Gibbsove proste energije dodiplomskih študentov .' Univerzitetna kemijska izobrazba . 6 (1): 4. ISSN 1369-5614