Ентропията е термодинамичен параметър, който измерва степента на организация на дадена система. Термодинамиката изучава макроскопичните процеси, при които преносът на топлина се превръща в други форми на енергия, и как се произвежда работа. Ентропията, обозначена със символа S , измерва микросъстоянията, съвместими с термодинамично макросъстояние в равновесие. Терминът ентропия произлиза от гръцки и означава трансформация. Стойността му нараства в процеси с пренос на енергия и се казва, че ентропията описва необратимостта на една термодинамична система.
В изотермичен процес, при който няма промяна в температурата, промяната в ентропията между две термодинамични състояния в равновесие, D S = S 2 – S 1 , е равна на промяната в топлината между двете състояния D Q = Q 2 – Q 1 , разделено на абсолютната температура T.
D S = D Q/T
Концепцията за ентропия идва от ума на Рудолф Клаузиус през 1850-те години, когато той се опитва да обясни защо енергията винаги се губи при преобразуването на топлинна енергия в термодинамични процеси. Клаузиус установява концепцията за термодинамична система и постулира, че във всеки необратим процес се разсейва определено количество енергия. По-късно, между 1890 и 1900 г., Лудуинг Болцман, заедно с други физици, развива това, което сега е известно като статистическа физика , предефинирайки ентропията, като я свързва с възможните микросъстояния на система, използвайки следното уравнение.
S = kB ln ( W )
W представлява броя на възможните микросъстояния на системата; неговият натурален логаритъм, умножен по константата на Болцман kB, дава стойността на ентропията S на една термодинамична система. Стойността на константата на Болцман е 1,38065 × 10 −23 J/K.
Предишната формула изразяваше промяната в ентропията между две равновесни състояния на термодинамична система и не определяше стойност на ентропията за система. Вместо това тази формула приписва абсолютна стойност на ентропията на термодинамична система. Тълкуването не винаги е ясно, но може да се каже, че ентропията измерва разстройството на микрокомпонентите на една термодинамична макросистема; на свой ред това разстройство или възбуда е свързано с температурата на системата.
Термодинамиката се основава на четири принципа:
- Нулевият принцип гласи, че ако две системи са в топлинно равновесие с трета система, те също ще бъдат в топлинно равновесие една с друга.
- Според първия принцип една затворена система може да обменя енергия с околната среда под формата на работа и топлина, като акумулира енергия под формата на вътрешна енергия.
- Вторият закон постулира, че ентропията на Вселената винаги има тенденция да се увеличава. Алтернативен постулат, формулиран от Клаузий, установява, че не е възможен процес, чийто единствен резултат е преносът на топлина от тяло с по-ниска температура към друго с по-висока температура.
- И накрая, третият закон на термодинамиката, постулиран от Валтер Нернст, казва, че не може да се достигне абсолютна нулева температура (0 по скалите на Келвин или Ранкин).
Източници
- Brissaud JB Значенията на ентропията . Ентропия, 7(1), 68-96, 2005.
- Cuesta, JA Ентропията като създател на ред . Испанско списание по физика, 20 (4) 13-19, 2006 г.
