Kas yra entropija ir kaip ją apskaičiuoti

Entropijos reikšmė fizikoje

Entropija yra sistemos atsitiktinumo arba netvarkingumo matas. Atominiai vaizdai / Getty Images

Entropija apibrėžiama kaip kiekybinis netvarkos arba atsitiktinumo sistemoje matas. Koncepcija kyla iš termodinamika , kuriame kalbama apie perkėlimą šilumos energija sistemos viduje. Užuot kalbėję apie tam tikrą „absoliučiosios entropijos“ formą, fizikai paprastai aptaria entropijos pokyčius, vykstančius konkrečioje aplinkoje. termodinaminis procesas .

Pagrindiniai dalykai: entropijos skaičiavimas

• Entropija yra makroskopinės sistemos tikimybės ir molekulinio sutrikimo matas.
• Jei kiekviena konfigūracija yra vienodai tikėtina, tai entropija yra natūralusis konfigūracijų skaičiaus logaritmas, padaugintas iš Boltzmanno konstantos: S = k_Bln
• Kad entropija sumažėtų, turite perduoti energiją iš kažkur už sistemos ribų.

Kaip apskaičiuoti entropiją

In an izoterminis procesas , entropijos pokytis (delta- S ) yra šilumos pokytis ( K ) padalintas iš absoliuti temperatūra ( T ):

delta- S = K / T

Bet kuriame grįžtamajame termodinaminiame procese jis gali būti skaičiuojamas kaip integralas nuo pradinės proceso būsenos iki galutinės būsenos. dQ / T. Bendresne prasme entropija yra makroskopinės sistemos tikimybės ir molekulinio sutrikimo matas. Sistemoje, kurią galima apibūdinti kintamaisiais, šie kintamieji gali turėti tam tikrą skaičių konfigūracijų. Jei kiekviena konfigūracija yra vienodai tikėtina, tada entropija yra natūralusis konfigūracijų skaičiaus logaritmas, padaugintas iš Boltzmanno konstantos:

S = k_Bln

kur S yra entropija, k_Byra Boltzmanno konstanta, ln yra natūralusis logaritmas, o W reiškia galimų būsenų skaičių. Boltzmanno konstanta lygi 1,38065 × 10²³J/K.

Entropijos vienetai

Entropija laikoma plačia materijos savybe, kuri išreiškiama energija, padalyta iš temperatūros. The SI vienetai entropijos yra J/K (džauliais/kelvino laipsniais).

Entropija ir antrasis termodinamikos dėsnis

Vienas iš būdų nurodyti antrasis termodinamikos dėsnis yra taip: bet kuriame uždara sistema , sistemos entropija išliks pastovi arba padidės.

Tai galite pamatyti taip: pridėjus šilumą į sistemą, molekulės ir atomai pagreitėja. Gali būti įmanoma (nors ir sudėtinga) pakeisti procesą uždaroje sistemoje nepaimant jokios energijos iš kur nors kitur arba neišleidžiant energijos kažkur kitur, kad būtų pasiekta pradinė būsena. Niekada negalite padaryti visos sistemos „mažiau energingos“ nei tada, kai ji pradėjo veikti. Energija neturi kur eiti. Negrįžtamiems procesams bendra sistemos ir jos aplinkos entropija visada didėja.

Klaidingos nuomonės apie entropiją

Šis antrojo termodinamikos dėsnio požiūris yra labai populiarus ir juo buvo piktnaudžiaujama. Kai kurie teigia, kad antrasis termodinamikos dėsnis reiškia, kad sistema niekada negali tapti tvarkingesnė. Tai netiesa. Tai tiesiog reiškia, kad norėdami tapti tvarkingesni (kad entropija sumažėtų), turite perkelti energiją iš kažkur už sistemos ribų, pavyzdžiui, kai nėščia moteris semiasi energijos iš maisto, kad apvaisintas kiaušinėlis virstų kūdikiu. Tai visiškai atitinka antrojo įstatymo nuostatas.

Entropija taip pat žinoma kaip sutrikimas, chaosas ir atsitiktinumas, nors visi trys sinonimai yra netikslūs.

Absoliuti entropija

Susijęs terminas yra „absoliuti entropija“, kuris žymimas S geriau nei S . Absoliuti entropija apibrėžiama pagal trečiąjį termodinamikos dėsnį. Čia taikoma konstanta, dėl kurios entropija ties absoliučiu nuliu apibrėžiama kaip nulis.