Što je entropija?

Entropija je važan pojam u fizici i kemija, plus što se može primijeniti na druge discipline, uključujući kosmologija i ekonomije. U fizici je dio termodinamike. U kemiji je temeljni pojam u fizička kemija.

Ključni dijelovi: entropija

Entropija je mjera poremećaja u sustavu. To je velika imovina termodinamičkog sustava, što znači da se njegova vrijednost mijenja ovisno o količini od stvar koji je prisutan. U jednadžbama se entropija obično označava slovom S i ima jedinice od joules per kelvin (J⋅K)⁻¹) ili kg⋅m²⋅s⁻²⋅K⁻¹. Visoko naručeni sustav ima malu entropiju.

Postoji više načina za izračunavanje entropije, ali dvije najčešće jednadžbe su za reverzibilne termodinamičke procese i

Entropija reverzibilnog procesa

Određene pretpostavke daju se prilikom izračuna entropije reverzibilnog postupka. Vjerojatno najvažnija pretpostavka je da je svaka konfiguracija unutar procesa jednako vjerojatna (što zapravo i ne može biti). S obzirom na jednaku vjerojatnost ishoda, entropija je jednaka Boltzmannovoj konstanti (k_B) pomnoženo s prirodnim logaritmom broja mogućih stanja (W):

S = k_B ln W

Boltzmannova konstanta je 1.38065 × 10−23 J / K.

Entropija izotermalnog procesa

Izračun se može koristiti za pronalazak integralnog dijela dQ/T od početnog stanja do konačnog stanja, gdje P je toplina i T je apsolutna (Kelvina) temperatura sustava.

Drugi način za to je da se promijeni entropija (ΔS) jednaka je promjeni topline (ΔQ) podijeljeno s apsolutnom temperaturom (T):

ΔS = ΔQ / T

Entropija i unutarnja energija

U fizikalnoj kemiji i termodinamici, jedna od najkorisnijih jednadžbi odnosi se na entropiju na unutarnju energiju (U) sustava:

dU = T dS - p dV

Ovdje je promjena unutarnje energije dU jednaka je apsolutnoj temperaturi T pomnoženo s promjenom entropije minus vanjski tlak p i promjenu volumena V.

drugi zakon termodinamike navodi ukupnu entropiju a zatvoreni sustav ne može se smanjiti. Međutim, unutar sustava entropija jednog sustava limenka smanjuje se povećanjem entropije drugog sustava.

Neki znanstvenici predviđaju da će se entropija svemira povećati do točke u kojoj slučajnost stvara sustav nesposoban za koristan rad. Kad ostane samo toplinska energija, rekli bi se da je svemir umro od toplinske smrti.

Međutim, drugi znanstvenici osporavaju teoriju toplinske smrti. Neki kažu da se svemir kao sustav udaljava od entropije čak i dok se područja u njemu povećavaju entropije. Drugi smatraju svemir dijelom većeg sustava. Drugi pak kažu da moguća stanja nemaju jednaku vjerojatnost, tako da se uobičajene jednadžbe za izračun entropije ne smatraju važećim.

Blok leda će se povećati u entropija dok se topi. Lako je vizualizirati porast poremećaja u sustavu. Led se sastoji od molekula vode međusobno povezanih u kristalnoj rešetki. Kako se led topi, molekule stječu više energije, šire se dalje i gube strukturu da bi tvorile tekućinu. Slično tome, promjena faze iz tekućine u plin, iz vode u paru, povećava energiju sustava.

S druge strane, energija se može smanjiti. To se događa kako se para mijenja u fazu vode ili se voda mijenja u led. Drugi zakon termodinamike nije kršen jer stvar nije u zatvorenom sustavu. Iako se entropija sustava koji se proučava može smanjiti, povećava se i okoliš.

Entropija se često naziva i strelica vremena jer materija u izoliranim sustavima ima tendenciju prelaska iz reda u nered.

• Atkins, Peter; Julio De Paula (2006). Fizička kemija (8. izd.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870072-2.
• Chang, Raymond (1998). Kemija (6. izd.). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
• Klauzije, Rudolf (1850). O motivu snage topline i zakonima koji se iz njega mogu zaključiti iz Teorije topline. Poggendorff-a Annalen der Physick, LXXIX (Dover Reprint). ISBN 978-0-486-59065-3.
• Landsberg, P.T. (1984). "Može li se entropija i" naredba "zajedno povećati?". Pisma fizike. 102A (4): 171–173. dOI:10.1016/0375-9601(84)90934-4
• Watson, J.R.; Carson, E. M. (svibanj 2002). "Studenti preddiplomskog studija entropije i Gibbsove besplatne energije." Sveučilišno obrazovanje iz kemije. 6 (1): 4. ISSN 1369-5614