Entropijos apibrėžimas moksle

Chemijos ir fizikos žodynas Entropijos apibrėžimas

Entropija yra sistemos sutrikimo arba atsitiktinumo matas. PM Images/Getty Images

Entropija yra svarbi fizikos ir chemija , be to, jis taikomas kitoms disciplinoms, įskaitant kosmologija ir ekonomika. Fizikoje tai yra termodinamikos dalis. Chemijoje tai yra pagrindinė sąvokafizikinė chemija.

Pagrindiniai dalykai: entropija

• Entropija yra sistemos atsitiktinumo arba netvarkingumo matas.
• Entropijos reikšmė priklauso nuo sistemos masės. Jis žymimas raide S ir turi džaulių vienetus kelvinui.
• Entropija gali turėti teigiamą arba neigiamą reikšmę. Pagal antrąjį termodinamikos dėsnį, sistemos entropija gali mažėti tik tada, kai kitos sistemos entropija didėja.

Entropijos apibrėžimas

Entropija yra sistemos sutrikimo matas. Tai yra platus turtas termodinaminės sistemos, o tai reiškia, kad jos vertė kinta priklausomai nuo kiekio reikalas kad yra. Lygtyse entropija paprastai žymima raide S ir turi vienetus džaulių vienam kelvinui (J⋅K⁻¹) arba kg⋅m^du⋅s⁻²⋅K⁻¹. Labai tvarkinga sistema turi mažą entropiją.

Entropijos lygtis ir skaičiavimas

Yra daug būdų entropijai apskaičiuoti, tačiau dvi dažniausiai pasitaikančios lygtys skirtos grįžtamiems termodinaminiams procesams ir izoterminiai (pastovios temperatūros) procesai .

Grįžtamojo proceso entropija

Skaičiuojant grįžtamojo proceso entropiją daromos tam tikros prielaidos. Turbūt pati svarbiausia prielaida yra ta, kad kiekviena proceso konfigūracija yra vienodai tikėtina (to iš tikrųjų gali ir nebūti). Esant vienodai rezultatų tikimybei, entropija lygi Boltzmanno konstantai (k_B) padaugintas iš galimų būsenų skaičiaus (W) natūraliojo logaritmo:

S = k_Bln

Boltzmanno konstanta yra 1,38065 × 10−23 J/K.

Izoterminio proceso entropija

Skaičiavimas gali būti naudojamas integralui rasti dQ / T nuo pradinės būsenos iki galutinės būsenos, kur K yra šiluma ir T yra absoliuti (Kelvino) temperatūra sistemos.

Kitas būdas tai pasakyti yra tas, kad entropijos pokytis ( S ) lygus šilumos pokyčiui ( K ) padalintas iš absoliučios temperatūros ( T ):

S = K / T

Entropija ir vidinė energija

Fizikinėje chemijoje ir termodinamikoje viena iš naudingiausių lygčių sieja entropiją su sistemos vidine energija (U):

iš = T dS - p dV

Čia vidinės energijos pokytis iš lygi absoliučiai temperatūrai T padauginta iš entropijos pokyčio atėmus išorinį slėgį p ir tūrio pokytis IN .

Entropija ir antrasis termodinamikos dėsnis

The antrasis termodinamikos dėsnis nurodo bendrą a entropiją uždara sistema negali mažėti. Tačiau sistemoje vienos sistemos entropija gali mažėti padidinus kitos sistemos entropiją.

Visatos entropija ir šiluminė mirtis

Kai kurie mokslininkai prognozuoja, kad visatos entropija padidės tiek, kad atsitiktinumas sukurs sistemą, nepajėgią atlikti naudingo darbo. Kai lieka tik šiluminė energija, būtų sakoma, kad visata mirė nuo karščio mirties.

Tačiau kiti mokslininkai ginčija karščio mirties teoriją. Kai kas sako, kad visata kaip sistema tolsta nuo entropijos, net jei jos plotai didėja entropijai. Kiti mano, kad visata yra didesnės sistemos dalis. Dar kiti teigia, kad galimų būsenų tikimybė nėra vienoda, todėl įprastos lygtys entropijai apskaičiuoti negalioja.

Entropijos pavyzdys

Padidės ledo luitas entropija kaip tirpsta. Nesunku įsivaizduoti sistemos sutrikimo padidėjimą. Ledas susideda iš vandens molekulių, sujungtų viena su kita kristalinėje gardelėje. Ledui tirpstant, molekulės įgyja daugiau energijos, toliau plinta viena nuo kitos ir praranda struktūrą, kad susidarytų skystis. Panašiai fazės pokytis iš skysčio į dujas, kaip iš vandens į garą, padidina sistemos energiją.

Kita vertus, energija gali sumažėti. Tai atsitinka, kai garai pakeičia fazę į vandenį arba kai vanduo virsta ledu. Antrasis termodinamikos dėsnis nepažeidžiamas, nes materija nėra uždaroje sistemoje. Nors tiriamos sistemos entropija gali mažėti, aplinkos entropija didėja.

Entropija ir laikas

Entropija dažnai vadinama laiko strėlė nes materija izoliuotose sistemose linkusi pereiti iš tvarkos į netvarką.

Šaltiniai

• Atkinsas, Piteris; Julio DePaula (2006). Fizinė chemija (8 leidimas). Oksfordo universiteto leidykla. ISBN 978-0-19-870072-2.
• Chang, Raymond (1998). Chemija (6 leidimas). Niujorkas: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
• Klausius, Rudolfas (1850). Apie šilumos varomąją galią ir dėsnius, kuriuos iš jos galima išvesti šilumos teorijai . Poggendorffo Fizikos metraščiai , 79 (Dover Reprint). ISBN 978-0-486-59065-3.
• Landsbergis, P.T. (1984). „Ar entropija ir „tvarka“ gali padidėti kartu? Fizikos raidės . 102A (4): 171–173. doi: 10.1016/0375-9601(84)90934-4
• Watson, J. R.; Carson, E. M. (2002 m. gegužės mėn.). “ Bakalauro studijų studentų supratimas apie entropiją ir Gibbso laisvąją energiją .' Universiteto chemijos išsilavinimas . 6 (1): 4. ISSN 1369-5614