Entropy là một tham số nhiệt động đo lường mức độ tổ chức của một hệ thống. Nhiệt động lực học nghiên cứu các quá trình vĩ mô trong đó sự truyền nhiệt được chuyển thành các dạng năng lượng khác và công việc được tạo ra như thế nào. Entropy, được biểu thị bằng ký hiệu S , đo các trạng thái vi mô tương thích với trạng thái vĩ mô nhiệt động lực học ở trạng thái cân bằng. Thuật ngữ entropy bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp và có nghĩa là sự biến đổi. Giá trị của nó tăng lên trong các quá trình truyền năng lượng và người ta nói rằng entropy mô tả tính không thể đảo ngược của một hệ thống nhiệt động lực học.
Trong một quá trình đẳng nhiệt, trong đó không có sự thay đổi nhiệt độ, độ biến thiên entropy giữa hai trạng thái nhiệt động ở trạng thái cân bằng, D S = S 2 – S 1 , bằng độ biến thiên nhiệt giữa hai trạng thái D Q = Q 2 – Q 1 chia cho nhiệt độ tuyệt đối T.
D S = D Q/T
Khái niệm về entropy xuất phát từ suy nghĩ của Rudolf Clausius vào những năm 1850, khi ông cố gắng giải thích tại sao năng lượng luôn bị mất đi trong quá trình chuyển đổi năng lượng nhiệt trong các quá trình nhiệt động lực học. Clausius đã thiết lập khái niệm về một hệ thống nhiệt động lực học và cho rằng trong bất kỳ quá trình không thể đảo ngược nào, một lượng năng lượng nhất định sẽ bị tiêu hao. Sau đó, giữa những năm 1890 và 1900, Ludwing Boltzmann, cùng với các nhà vật lý khác, đã phát triển cái mà ngày nay được gọi là vật lý thống kê , xác định lại entropy bằng cách liên kết nó với các trạng thái vi mô có thể có của một hệ bằng phương trình sau.
S = kB ln ( W )
W đại diện cho số lượng trạng thái vi mô có thể có của một hệ thống; logarit tự nhiên của nó nhân với hằng số Boltzmann kB sẽ cho giá trị entropy S của một hệ nhiệt động. Giá trị của hằng số Boltzmann là 1,38065 × 10 −23 J/K.
Công thức trước biểu thị sự thay đổi entropy giữa hai trạng thái cân bằng của một hệ thống nhiệt động lực học và không xác định giá trị của entropy cho một hệ thống. Thay vào đó, công thức này gán một giá trị tuyệt đối cho entropy của một hệ thống nhiệt động lực học. Việc giải thích không phải lúc nào cũng rõ ràng, nhưng có thể nói rằng entropy đo lường sự rối loạn của các thành phần vi mô của một hệ thống vĩ mô nhiệt động lực học; đến lượt mình, sự rối loạn hoặc kích động đó có liên quan đến nhiệt độ của hệ thống.
Nhiệt động lực học dựa trên bốn nguyên tắc:
- Nguyên lý Zero phát biểu rằng nếu hai hệ thống ở trạng thái cân bằng nhiệt với hệ thống thứ ba, thì chúng cũng sẽ ở trạng thái cân bằng nhiệt với nhau.
- Theo nguyên lý thứ nhất, một hệ kín có thể trao đổi năng lượng với môi trường xung quanh dưới dạng công và nhiệt, tích lũy năng lượng dưới dạng nội năng.
- Định luật thứ hai cho rằng entropy của vũ trụ luôn có xu hướng tăng. Một định đề thay thế được Clausius phát biểu xác lập rằng một quá trình mà kết quả duy nhất là sự truyền nhiệt từ vật có nhiệt độ thấp hơn sang vật khác có nhiệt độ cao hơn là không thể.
- Cuối cùng, định luật thứ ba của nhiệt động lực học, do Walther Nernst đưa ra, nói rằng không thể đạt tới nhiệt độ không độ tuyệt đối (0 trên thang Kelvin hoặc Rankine).
nguồn
- Brissaud JB Ý nghĩa của entropy . Entropy, 7(1), 68-96, 2005.
- Cuesta, JA Entropy với tư cách là người tạo ra trật tự . Tạp chí Vật lý Tây Ban Nha, 20(4) 13-19, 2006.
