Čo je entropia a ako ju vypočítať

Entropia je definovaná ako kvantitatívne meradlo poruchy alebo náhodnosti v systéme. Koncept vychádza z termodynamika, ktorá sa zaoberá prevodom tepelná energia v rámci systému. Namiesto toho, aby hovorili o nejakej forme „absolútnej entropie“, fyzici vo všeobecnosti diskutujú o zmene entropie, ku ktorej dochádza v konkrétnej termodynamický proces.

Kľúčové cesty: Výpočet entropie

V an izotermický proces, zmena entropie (delta-S) je zmena tepla (Q) vydelené absolútna teplota (T):

deltaS = Q/T

V akomkoľvek reverzibilnom termodynamickom procese môže byť vyjadrený v kalkulu ako integrál od počiatočného stavu procesu do jeho konečného stavu. DQ/T. Vo všeobecnejšom zmysle je entropia mierou pravdepodobnosti a molekulárnej poruchy makroskopického systému. V systéme, ktorý je možné opísať premennými, môžu tieto premenné nadobudnúť určitý počet konfigurácií. Ak je každá konfigurácia rovnako pravdepodobná, potom entropia je prirodzený logaritmus počtu konfigurácií vynásobený Boltzmannovou konštantou:

S = k_B V W

kde S je entropia, k_B je Boltzmannova konštanta, ln je prirodzený logaritmus a W predstavuje počet možných stavov. Boltzmannova konštanta sa rovná 1,38065 × 10⁻²³ J / K.

Entropia sa považuje za rozsiahlu vlastnosť hmoty, ktorá sa vyjadruje ako energia delená teplotou. SI jednotky entropie sú J / K (joulov / stupňov Kelvina).

Jeden spôsob, ako uviesť druhý zákon termodynamiky je nasledujúci: v akomkoľvek uzavretý systém, entropia systému zostane konštantná alebo sa zvýši.

Môžete to vidieť nasledovne: pridanie tepla do systému spôsobí zrýchlenie molekúl a atómov. Je možné (i keď zložité) zvrátiť proces v uzavretom systéme bez toho, aby sa z pôvodného stavu čerpala energia alebo aby sa uvoľňovala iná energia. Celý systém nikdy nebudete „menej energetický“, ako keď bol spustený. Energia nemá kam ísť. Pre nezvratné procesy sa kombinovaná entropia systému a jeho prostredia vždy zvyšuje.

Tento pohľad na druhý termodynamický zákon je veľmi populárny a bol zneužitý. Niektorí tvrdia, že druhý zákon o termodynamike znamená, že systém sa nikdy nemôže usporiadať. To je nepravdivé. Znamená to len, že aby ste sa stali prehľadnejšími (aby sa znížila entropia), musíte niekde preniesť energiu mimo systému, napríklad keď tehotná žena čerpá energiu z potravy, aby sa oplodnené vajíčko vytvorilo na a bábätko. Je to úplne v súlade s ustanoveniami druhého zákona.

Entropia je známa aj ako porucha, chaos a náhodnosť, hoci všetky tri synonymá sú nepresné.

Súvisiacim termínom je „absolútna entropia“, ktorú označuje S radšej než ? S. Absolútna entropia je definovaná podľa tretieho zákona termodynamiky. Tu sa používa konštanta, vďaka ktorej je entropia v absolútnej nule definovaná ako nula.