เอนโทรปีคืออะไรและคำนวณอย่างไร

เอนโทรปีเป็นพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ที่วัดระดับของการจัดระเบียบของระบบ อุณหพลศาสตร์ศึกษากระบวนการระดับมหภาคซึ่งการถ่ายเทความร้อนถูกแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่น และวิธีการสร้างงาน เอนโทรปีซึ่งแสดงด้วยสัญลักษณ์Sวัดไมโครสเตตที่เข้ากันได้กับเทอร์โมไดนามิกมาโครสเตตที่สภาวะสมดุล คำว่าเอนโทรปีมาจากภาษากรีกและหมายถึงการเปลี่ยนแปลง มูลค่าของมันเพิ่มขึ้นในกระบวนการที่มีการถ่ายโอนพลังงาน และกล่าวกันว่าเอนโทรปีอธิบายถึงการย้อนกลับไม่ได้ของระบบเทอร์โมไดนามิกส์

ในกระบวนการไอโซเทอร์มอลซึ่งไม่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีระหว่างสองสถานะทางอุณหพลศาสตร์ในสภาวะสมดุล D S = S ₂ – S ₁เท่ากับการเปลี่ยนแปลงของความร้อนระหว่างสถานะทั้งสอง D Q = Q ₂ – Q ₁หารด้วยอุณหภูมิสัมบูรณ์ T

DS = D Q /T

แนวคิดเรื่องเอนโทรปีมาจากความคิดของ Rudolf Clausius ในช่วงปี 1850 เมื่อเขาพยายามอธิบายว่าทำไมพลังงานจึงสูญเสียไปเสมอในการแปลงพลังงานความร้อนในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ Clausius สร้างแนวคิดของระบบอุณหพลศาสตร์และตั้งสมมติฐานว่าในกระบวนการที่ผันกลับไม่ได้ พลังงานจำนวนหนึ่งจะสูญเสียไป ต่อมาระหว่างปี 1890 และ 1900 Ludwing Boltzmann ร่วมกับนักฟิสิกส์คนอื่นๆ ได้พัฒนาสิ่งที่ปัจจุบันเรียกว่าฟิสิกส์เชิงสถิติโดยนิยามเอนโทรปีใหม่โดยเชื่อมโยงเอนโทรปีกับไมโครสเตตที่เป็นไปได้ของระบบโดยใช้สมการต่อไปนี้

S = kB _ln ( W )

Wหมายถึงจำนวนไมโครสเตตที่เป็นไปได้ของระบบ ลอการิทึมธรรมชาติของมันคูณด้วย kB คงที่ของ Boltzmann _ให้ค่าของเอนโทรปีSของระบบเทอร์โมไดนามิกส์ ค่าคงที่ของ Boltzmann คือ 1.38065 × 10 ⁻²³ J/K

สูตรก่อนหน้านี้แสดงการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีระหว่างสองสถานะสมดุลของระบบอุณหพลศาสตร์และไม่ได้กำหนดค่าของเอนโทรปีสำหรับระบบ สูตรนี้กำหนดค่าสัมบูรณ์ให้กับเอนโทรปีของระบบอุณหพลศาสตร์แทน การตีความไม่ชัดเจนเสมอไป แต่อาจกล่าวได้ว่าเอนโทรปีวัดความผิดปกติของส่วนประกอบขนาดเล็กของระบบมาโครทางอุณหพลศาสตร์ ในทางกลับกัน ความผิดปกติหรือความปั่นป่วนนั้นเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิของระบบ

เทอร์โมไดนามิกส์อยู่บนหลักการสี่ประการ:

• หลักการ Zero Principle ระบุว่าหากระบบสองระบบอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนกับระบบที่สาม ระบบทั้งสองก็จะอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนซึ่งกันและกันด้วย
• ตามหลักการข้อแรก ระบบปิดสามารถแลกเปลี่ยนพลังงานกับสิ่งรอบข้างในรูปของงานและความร้อน โดยสะสมพลังงานในรูปของพลังงานภายใน
• กฎข้อที่สองตั้งสมมติฐานว่าเอนโทรปีของเอกภพมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นเสมอ สมมติฐานทางเลือกที่ประกาศโดยคลอสเซียสกำหนดว่ากระบวนการที่มีผลลัพธ์เพียงอย่างเดียวคือการถ่ายโอนความร้อนจากร่างกายที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าไปยังอีกที่หนึ่งที่มีอุณหภูมิสูงกว่านั้นเป็นไปไม่ได้
• ประการสุดท้าย กฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์ตามที่วอลเธอร์ เนิร์นสต์ตั้งสมมติฐานไว้ว่า อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ไม่สามารถเข้าถึงได้ (0 ในมาตราส่วนเคลวินหรือแรงคิน)

แหล่งที่มา

• Brissaud JB ความหมายของเอนโทรปี เอนโทรปี, 7(1), 68-96, 2005.
• Cuesta, JA Entropy ในฐานะผู้สร้างคำสั่งซื้อ วารสารฟิสิกส์ภาษาสเปน, 20(4) 13-19, 2549