Entropia jest parametrem termodynamicznym, który mierzy stopień organizacji systemu. Termodynamika bada procesy makroskopowe, w których wymiana ciepła jest przekładana na inne formy energii, oraz sposób wytwarzania pracy. Entropia, oznaczona symbolem S , mierzy mikrostany zgodne z termodynamicznym makrostanem w równowadze. Termin entropia wywodzi się z języka greckiego i oznacza transformację. Jej wartość rośnie w procesach z przenoszeniem energii, a mówi się, że entropia opisuje nieodwracalność układu termodynamicznego.
W procesie izotermicznym, w którym nie ma zmiany temperatury, zmiana entropii między dwoma stanami termodynamicznymi w równowadze, DS = S 2 – S 1 , jest równa zmianie ciepła między obydwoma stanami D Q = Q 2 – Q 1 podzielone przez temperaturę bezwzględną T.
re S = re Q/T
Koncepcja entropii pojawiła się w umyśle Rudolfa Clausiusa w latach pięćdziesiątych XIX wieku, kiedy próbował wyjaśnić, dlaczego energia jest zawsze tracona podczas konwersji energii cieplnej w procesach termodynamicznych. Clausius ustanowił koncepcję układu termodynamicznego i postulował, że w każdym nieodwracalnym procesie rozprasza się pewna ilość energii. Później, między 1890 a 1900 rokiem, Ludwing Boltzmann wraz z innymi fizykami opracował coś, co jest obecnie znane jako fizyka statystyczna , redefiniując entropię, łącząc ją z możliwymi mikrostanami układu za pomocą następującego równania.
S = kB ln ( W )
W reprezentuje liczbę możliwych mikrostanów systemu; jego logarytm naturalny pomnożony przez stałą Boltzmanna kB daje wartość entropii S układu termodynamicznego. Wartość stałej Boltzmanna wynosi 1,38065 × 10-23 J /K.
Poprzedni wzór wyrażał zmianę entropii między dwoma stanami równowagi układu termodynamicznego i nie określał wartości entropii dla układu. Zamiast tego ten wzór przypisuje entropii układu termodynamicznego wartość bezwzględną. Interpretacja nie zawsze jest jasna, ale można powiedzieć, że entropia mierzy nieuporządkowanie mikroskładników makrosystemu termodynamicznego; z kolei to zaburzenie lub pobudzenie jest związane z temperaturą układu.
Termodynamika opiera się na czterech zasadach:
- Zasada zera mówi, że jeśli dwa układy są w równowadze termicznej z trzecim układem, to będą one również w równowadze termicznej między sobą.
- Zgodnie z pierwszą zasadą układ zamknięty może wymieniać energię z otoczeniem w postaci pracy i ciepła, akumulując energię w postaci energii wewnętrznej.
- Drugie prawo zakłada, że entropia wszechświata zawsze ma tendencję do wzrostu. Alternatywny postulat wygłoszony przez Clausiusa zakłada, że proces, którego jedynym skutkiem jest przekazanie ciepła z ciała o niższej temperaturze do ciała o wyższej temperaturze, nie jest możliwy.
- Wreszcie trzecia zasada termodynamiki, postulowana przez Walthera Nernsta, mówi, że nie można osiągnąć temperatury zera absolutnego (0 w skali Kelvina lub Rankine’a).
Źródła
- Brissaud JB Znaczenie entropii . Entropia, 7(1), 68-96, 2005.
- Cuesta, JA Entropia jako twórca porządku . Spanish Journal of Physics, 20(4) 13-19, 2006.
