Co je entropie?

Entropie je důležitým pojmem ve fyzice a chemiea navíc ji lze použít i v jiných oborech, včetně kosmologie a ekonomie. Ve fyzice je součástí termodynamiky. V chemii je to základní koncept v fyzikální chemie.

Klíčové cesty: Entropie

Entropie je měřítkem poruchy systému. Je to rozsáhlý majetek termodynamického systému, což znamená, že se jeho hodnota mění v závislosti na množství hmota to je přítomno. V rovnicích je entropie obvykle označena písmenem S a má jednotky joul na kelvin (J⋅K⁻¹) nebo kg⋅m²⋅s⁻²⋅K⁻¹. Vysoce uspořádaný systém má nízkou entropii.

Existuje několik způsobů, jak vypočítat entropii, ale dvě nejběžnější rovnice jsou pro reverzibilní termodynamické procesy a izotermální (konstantní teplota) procesy.

Entropie reverzibilního procesu

Při výpočtu entropie reverzibilního procesu jsou učiněny určité předpoklady. Pravděpodobně nejdůležitější předpoklad je, že každá konfigurace v procesu je stejně pravděpodobná (což ve skutečnosti nemusí být). Při stejné pravděpodobnosti výsledků se entropie rovná Boltzmannově konstantě (k_B) vynásobené přirozeným logaritmem počtu možných stavů (W):

S = k_B Ve W

Boltzmannova konstanta je 1,38065 × 10−23 J / K.

Entropie izotermického procesu

Počet může být použit k nalezení integrálu dQ/T z počátečního stavu do konečného stavu, kde Q je teplo a T je absolutní (Kelvinova) teplota systému.

Dalším způsobem, jak to vyjádřit, je změna entropie (ΔS) se rovná změně tepla (ΔQ) děleno absolutní teplotou (T):

ΔS = ΔQ / T

Entropie a vnitřní energie

Ve fyzikální chemii a termodynamice se jedna z nejužitečnějších rovnic týká entropie s vnitřní energií (U) systému:

dU = T dS - p dV

Zde je změna vnitřní energie dU rovná absolutní teplotě T vynásobené změnou entropie mínus vnější tlak str a změna objemu PROTI.

druhý zákon termodynamiky uvádí celkovou entropii a uzavřený systém nemůže se snížit. V rámci systému však entropie jednoho systému umět snížit zvýšením entropie jiného systému.

Někteří vědci předpovídají, že entropie vesmíru se zvýší do bodu, kdy náhodnost vytvoří systém, který nebude schopen užitečné práce. Kdyby zůstala jen tepelná energie, bylo by řečeno, že vesmír zemřel na tepelnou smrt.

Jiní vědci však zpochybňují teorii tepelné smrti. Někteří říkají, že vesmír se jako systém pohybuje dále od entropie, i když se oblasti uvnitř entropie zvyšují. Jiní považují vesmír za součást většího systému. Ještě jiní říkají, že možné stavy nemají stejnou pravděpodobnost, takže běžné rovnice pro výpočet entropie neplatí.

V lednu se zvětší blok ledu entropie jak se taví. Je snadné si představit nárůst poruchy systému. Led sestává z molekul vody spojených k sobě v krystalové mřížce. Jak se tání ledu, molekuly získávají více energie, rozšiřují se dále od sebe a ztrácí strukturu za vzniku kapaliny. Obdobně změna fáze z kapaliny na plyn, z vody na páru, zvyšuje energii systému.

Na druhou stranu se energie může snížit. K tomu dochází, když pára mění fázi na vodu nebo voda mění na led. Druhý zákon termodynamiky není porušen, protože záležitost není v uzavřeném systému. Zatímco entropie studovaného systému se může snižovat, zvyšuje se entropie prostředí.

Entropie se často nazývá šipka času protože hmota v izolovaných systémech má tendenci se pohybovat od řádu k nepořádku.

• Atkins, Peter; Julio De Paula (2006). Fyzikální chemie (8. ed.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870072-2.
• Chang, Raymond (1998). Chemie (6. ed.). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
• Clausius, Rudolf (1850). Na motivační sílu tepla a na zákony, které z ní lze odvodit pro teorii tepla. Poggendorff je Annalen der Physick, LXXIX (Dover Reprint). ISBN 978-0-486-59065-3.
• Landsberg, P.T. (1984). „Může se entropie a„ objednávka “společně zvyšovat?“. Fyzikální dopisy. 102A (4): 171–173. doi:10.1016/0375-9601(84)90934-4
• Watson, J.R.; Carson, E.M. (květen 2002). "Porozumění entropie studentů a Gibbsovy volné energie." Vysokoškolské studium chemie. 6 (1): 4. ISSN 1369-5614