Čo je entropia?

Entropia je dôležitý pojem vo fyzike a fyzike chémia, a môže byť aplikovaný na ďalšie disciplíny, vrátane kozmológie a ekonomika. Vo fyzike je to súčasť termodynamiky. V chémii je to základný pojem v fyzikálna chémia.

Kľúčové cesty: Entropia

  • Entropia je miera náhodnosti alebo poruchy systému.
  • Hodnota entropie závisí od hmotnosti systému. Označuje sa písmenom S a má jednotky joulov na kelvin.
  • Entropia môže mať kladnú alebo zápornú hodnotu. Podľa druhého termodynamického zákona sa entropia systému môže znížiť, iba ak sa zvýši entropia iného systému.

Definícia entropie

Entropia je miera poruchy systému. Je to rozsiahly majetok termodynamického systému, čo znamená, že jeho hodnota sa mení v závislosti od množstva záležitosť to je prítomné. V rovniciach je entropia obvykle označená písmenom S a má jednotky joulov na kelvin (J⋅K−1) alebo kg⋅m2⋅s−2⋅K−1. Vysoko usporiadaný systém má nízku entropiu.

Entropická rovnica a výpočet

Existuje niekoľko spôsobov, ako vypočítať entropiu, ale dve najbežnejšie rovnice sú pre reverzibilné termodynamické procesy a izotermické procesy (konštantná teplota).

instagram viewer

Entropia reverzibilného procesu

Pri výpočte entropie reverzibilného procesu sa robia určité predpoklady. Pravdepodobne najdôležitejším predpokladom je, že každá konfigurácia v rámci procesu je rovnako pravdepodobná (čo v skutočnosti nemusí byť). Pri rovnakej pravdepodobnosti výsledkov sa entropia rovná Boltzmannovej konštancii (kB) vynásobené prirodzeným logaritmom počtu možných stavov (W):

S = kB V W

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

Entropia izotermického procesu

Počet sa môže použiť na nájdenie integrálu DQ/T z počiatočného stavu do konečného stavu, kde Q je teplo a T je absolútna teplota (Kelvin) systému.

Ďalším spôsobom, ako to vyjadriť, je zmena entropie (? S) sa rovná zmene tepla (AQ) vydelené absolútnou teplotou (T):

? S = AQ / T

Entropia a vnútorná energia

Vo fyzikálnej chémii a termodynamike sa jedna z najužitočnejších rovníc týka entropie s vnútornou energiou (U) systému:

dU = T dS - p dV

Tu je zmena vnútornej energie dU rovná absolútnej teplote T vynásobené zmenou entropie mínus vonkajší tlak p a zmena objemu V.

Entropia a druhý termodynamický zákon

druhý zákon termodynamiky uvádza celkovú entropiu a uzavretý systém nemôže klesať. V rámci systému však entropia jedného systému môcť zníženie zvýšením entropie iného systému.

Entropia a tepelná smrť vesmíru

Niektorí vedci predpovedajú, že entropia vesmíru sa zvýši do bodu, keď náhodnosť vytvorí systém, ktorý nie je schopný užitočnej práce. Keď zostane iba tepelná energia, bude sa hovoriť, že vesmír zomrel smrťou tepla.

Iní vedci však spochybňujú teóriu tepelnej smrti. Niektorí hovoria, že vesmír sa pohybuje ďalej od entropie, aj keď oblasti v nej rastú. Iní považujú vesmír za súčasť väčšieho systému. Iní hovoria, že možné stavy nemajú rovnakú pravdepodobnosť, takže bežné rovnice na výpočet entropie neplatia.

Príklad entropie

V roku 2009 sa zvýši blok ľadu entropia ako sa topí. Je ľahké si predstaviť nárast poruchy systému. Ľad pozostáva z molekúl vody, ktoré sú navzájom spojené v kryštalickej mriežke. Ako sa topí ľad, molekuly získavajú viac energie, šíria sa ďalej od seba a strácajú štruktúru, čím vytvárajú tekutinu. Podobne fázová zmena z kvapaliny na plyn, z vody na paru, zvyšuje energiu systému.

Na druhej strane sa môže znížiť energia. K tomu dochádza, keď para mení fázu na vodu alebo keď sa voda mení na ľad. Druhý termodynamický zákon nie je porušený, pretože záležitosť nie je v uzavretom systéme. Zatiaľ čo entropia študovaného systému sa môže znižovať, zvyšuje sa entropia prostredia.

Entropia a čas

Entropia sa často nazýva šípka času pretože hmota v izolovaných systémoch má tendenciu sa pohybovať od poriadku k poruchám.

zdroje

  • Atkins, Peter; Julio De Paula (2006). Fyzikálna chémia (8. vydanie). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870072-2.
  • Chang, Raymond (1998). chémia (6. vydanie). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
  • Clausius, Rudolf (1850). O hnacej sile tepla a o zákonoch, ktoré z toho možno odvodiť pre teóriu tepla. Poggendorff je Annalen der Physick, LXXIX (Dover Reprint). ISBN 978-0-486-59065-3.
  • Landsberg, P.T. (1984). „Môžu sa entropia a„ objednávka “zvýšiť spolu?“. Fyzika listy. 102A (4): 171 až 173. doi:10.1016/0375-9601(84)90934-4
  • Watson, J.R.; Carson, E. M. (máj 2002). "Porozumenie entropie študentov a Gibbsovej voľnej energie." Vysokoškolské štúdium chémie. 6 (1): 4. ISSN 1369-5614
instagram story viewer