Az entrópiát a rendellenesség vagy a véletlenszerűség mennyiségi mérőszámaként definiálják egy rendszerben. A koncepció kijön termodinamika, amely a hőenergia egy rendszeren belül. Ahelyett, hogy valamiféle „abszolút entrópiáról” beszélnénk, a fizikusok általában az entrópia változásáról, amely egy adott termodinamikai folyamat.
Elvihető kulcsok: az entrópia kiszámítása
- Az entrópia a makroszkopikus rendszer valószínűsége és molekuláris rendellenessége.
- Ha minden konfiguráció egyformán valószínű, akkor az entrópia a konfigurációk számának természetes logaritmusa, szorozva Boltzmann állandóval: S = kB W
- Az entrópia csökkenéséhez az energiát valahol a rendszeren kívülre kell átvinni.
Az entrópia kiszámítása
Egy izoterm folyamat, az entrópia változása (delta-S) a hőváltozás (Q) osztva a abszolút hőmérséklet (T):
delta-S = Q/T
Bármely megfordítható termodinamikai folyamatban a kalkulusban ábrázolható, mint integrál a folyamat kezdeti állapotától a végső állapotáig. dQ/T. Általánosabb értelemben az entrópia a makroszkopikus rendszer valószínűségének és molekuláris rendellenességének mérőszáma. A változókkal leírható rendszerben ezek a változók bizonyos számú konfigurációt igényelhetnek. Ha mindegyik konfiguráció egyformán valószínű, akkor az entrópia a konfigurációk számának természetes logaritmusa, szorozva Boltzmann állandójával:
S = kB W
ahol S entrópia, kB Boltzmann állandója, ln a természetes logaritmus, W pedig a lehetséges állapotok száma. Boltzmann állandója 1,38065 × 10−23 J / K.
Az entrópia egységei
Az entrópiát az anyag kiterjedt tulajdonságának tekintik, amelyet energiában és a hőmérsékleten osztva fejeznek ki. Az SI egységek az entrópia értéke J / K (joule / kelvin fok).
Entrópia és a termodinamika második törvénye
Az egyik módszer a a termodinamika második törvénye a következő: bármilyen zárt rendszer, a rendszer entrópiája vagy állandó marad, vagy növekszik.
Ezt a következőképpen tekintheti meg: ha hőt ad hozzá egy rendszerhez, a molekulák és atomok felgyorsulnak. Lehetséges (bár bonyolult) a folyamat zárt rendszerben történő megfordítása anélkül, hogy az eredeti állapot eléréséhez energiát kellene elhoznia vagy valahol másutt szabadítani. Soha nem kaphatja meg a teljes rendszert kevésbé energikusan, mint amikor elindult. Az energiának nincs hová mennie. Visszafordíthatatlan folyamatok esetén a rendszer és a környezet kombinált entrópiája mindig növekszik.
Tévhit az entrópiáról
A termodinamika második törvényének ez a nézete nagyon népszerű, és azzal visszaéltek. Egyesek szerint a termodinamika második törvénye azt jelenti, hogy a rendszer soha nem válhat rendbe. Ez nem igaz. Ez csak azt jelenti, hogy ahhoz, hogy rendezettebbé váljon (az entrópia csökkenéséhez), energiát kell átvinnie valahova a rendszeren kívül, például amikor egy terhes nő energiát nyer az ételből, hogy a megtermékenyített pete a baba. Ez teljes mértékben összhangban áll a második törvény rendelkezéseivel.
Az entrópiát rendellenességnek, káosznak és véletlenszerűségnek is nevezik, bár mindhárom szinonimája pontatlan.
Abszolút entrópia
Egy kapcsolódó kifejezés az "abszolút entrópia", amelyet jelölünk S inkább mint ΔS. Az abszolút entrópiát a termodinamika harmadik törvénye határozza meg. Itt egy állandót alkalmazunk, amely azt eredményezi, hogy az abszolút nullán lévő entrópia nullának minősül.