Co je entropie a jak ji vypočítat

Entropie je definována jako kvantitativní míra poruchy nebo náhodnosti v systému. Koncept vychází z termodynamika, který se zabývá převodem tepelná energie uvnitř systému. Místo mluvení o nějaké formě „absolutní entropie“ fyzici obecně diskutují o změně entropie, ke které dochází ve specifické termodynamický proces.

Klíčové cesty: Výpočet entropie

V a izotermický proces, změna entropie (delta-S) je změna tepla (Q) děleno absolutní teplota (T):

delta-S = Q/T

V jakémkoli reverzibilním termodynamickém procesu může být reprezentován v počtu jako integrál od počátečního stavu procesu do jeho konečného stavu dQ/T. Obecněji řečeno, entropie je míra pravděpodobnosti a molekulární poruchy makroskopického systému. V systému, který lze popsat pomocí proměnných, mohou tyto proměnné předpokládat určitý počet konfigurací. Pokud je každá konfigurace stejně pravděpodobná, pak entropie je přirozený logaritmus počtu konfigurací vynásobený Boltzmannovou konstantou:

S = k_B Ve W

kde S je entropie, k_B je Boltzmannova konstanta, ln je přirozený logaritmus a W představuje počet možných stavů. Boltzmannova konstanta se rovná 1,38065 × 10⁻²³ J / K.

Entropie je považována za rozsáhlou vlastnost hmoty, která je vyjádřena energií vyjádřenou teplotou. Jednotky SI entropie jsou J / K (jouly / stupně Kelvin).

Jeden způsob, jak uvést druhý zákon termodynamiky je následující: v každém uzavřený systém, entropie systému zůstane buď konstantní, nebo se zvýší.

Můžete to vidět následovně: přidání tepla do systému způsobí zrychlení molekul a atomů. Může být možné (i když složité) zvrátit proces v uzavřeném systému bez čerpání energie nebo uvolňování energie někde jinde, aby bylo dosaženo počátečního stavu. Celý systém nikdy nemůžete „méně energický“, než když byl spuštěn. Energie nemá kam jít. U nevratných procesů se kombinovaná entropie systému a jeho prostředí vždy zvyšuje.

Tento pohled na druhý zákon termodynamiky je velmi populární a byl zneužit. Někteří tvrdí, že druhý zákon termodynamiky znamená, že systém se nikdy nemůže stát řádnějším. To není pravda. Znamená to jen, že aby se stala spořádanější (aby se snížila entropie), musíte někam přenést energii mimo systém, například když těhotná žena čerpá energii z potravy, aby způsobila, že se oplodněné vajíčko vytvoří dítě. To je zcela v souladu s ustanoveními druhého zákona.

Entropie je také známá jako nepořádek, chaos a náhodnost, i když všechna tři synonyma jsou nepřesná.

Příbuzným termínem je „absolutní entropie“, kterou označuje S spíše než ΔS. Absolutní entropie je definována podle třetího termodynamického zákona. Zde se používá konstanta, díky níž je entropie v absolutní nule definována jako nula.