Kas ir entropija?

Entropija ir svarīgs jēdziens fizikā un ķīmija, plus to var izmantot citās disciplīnās, ieskaitot kosmoloģija un ekonomika. Fizikā tā ir daļa no termodinamikas. Ķīmijā tas ir pamatkoncepcija fizikālā ķīmija.

Galvenās izņemtās preces: Entropija

Entropija ir sistēmas traucējumu mērs. Tas ir plašs īpašums termodinamiskās sistēmas, kas nozīmē, ka tās vērtība mainās atkarībā no matērija kas ir klāt. Vienādojumos entropiju parasti apzīmē ar burtu S un ir vienības džoulu uz kelvinu (J⋅K⁻¹) vai kg⋅m².S⁻²⋅K⁻¹. Ļoti labi sakārtotai sistēmai ir zema entropija.

Entropijas aprēķināšanai ir vairāki veidi, bet divi visizplatītākie vienādojumi ir atgriezeniskiem termodinamiskiem procesiem un

Atgriezeniska procesa entropija

Aprēķinot atgriezeniska procesa entropiju, tiek izdarīti daži pieņēmumi. Droši vien vissvarīgākais pieņēmums ir tāds, ka katra procesa konfigurācija ir vienlīdz iespējama (kas tā faktiski nevar būt). Ņemot vērā vienādu iznākumu varbūtību, entropija ir vienāda ar Boltsmana konstantu (k_B), kas reizināts ar iespējamo stāvokļu skaita dabisko logaritmu (W):

S = k_B W

Boltsmana konstante ir 1,38065 × 10−23 J / K.

Izotermiska procesa entropija

Aprēķinu var izmantot, lai atrastu integrālu dQ/T no sākotnējā stāvokļa līdz galīgajam stāvoklim, kur Q ir siltums un T ir absolūtā (kelvinu) temperatūra sistēmas.

Vēl viens veids, kā to apgalvot, ir tas, ka izmaiņas entropijā (ΔS) ir vienāds ar siltuma izmaiņām (ΔQ) dalīts ar absolūto temperatūru (T):

ΔS = ΔQ / T

Entropija un iekšējā enerģija

Fizikālajā ķīmijā un termodinamikā viens no visnoderīgākajiem vienādojumiem attiecas uz entropiju uz sistēmas iekšējo enerģiju (U):

dU = T dS - p dV

Šeit mainās iekšējā enerģija dU vienāda ar absolūto temperatūru T reizināts ar entropijas izmaiņām mīnus ārējais spiediens lpp un apjoma izmaiņas V.

otrais termodinamikas likums norāda kopējo a. entropiju slēgta sistēma nevar samazināties. Tomēr vienas sistēmas ietvaros vienas sistēmas entropija var samazināsies, paaugstinot citas sistēmas entropiju.

Daži zinātnieki prognozē, ka Visuma entropija palielināsies līdz vietai, kurā nejaušība rada sistēmu, kas nav spējīga uz noderīgu darbu. Ja paliek tikai siltumenerģija, varētu teikt, ka Visums ir miris no siltuma nāves.

Tomēr citi zinātnieki apstrīd siltuma nāves teoriju. Daži saka, ka Visums kā sistēma virzās tālāk no entropijas pat tad, ja apgabali tajā palielinās entropijā. Citi uzskata Visumu par lielākas sistēmas daļu. Vēl citi saka, ka iespējamiem stāvokļiem nav vienādas ticamības, tāpēc parastie vienādojumi entropijas aprēķināšanai nav derīgi.

Ledus bloks palielināsies entropija kā tas kūst. Ir viegli vizualizēt sistēmas traucējumu palielināšanos. Ledus sastāv no ūdens molekulām, kas savstarpēji savienotas kristāla režģī. Kad ledus kūst, molekulas iegūst vairāk enerģijas, tālāk izkliedējas un zaudē struktūru, veidojot šķidrumu. Tāpat fāzes maiņa no šķidruma uz gāzi, kā no ūdens uz tvaiku, palielina sistēmas enerģiju.

No otras puses, enerģija var samazināties. Tas notiek, kad tvaiks maina fāzi ūdenī vai ūdenim mainoties uz ledus. Otrais termodinamikas likums netiek pārkāpts, jo jautājums neatrodas slēgtā sistēmā. Kamēr pētāmās sistēmas entropija var samazināties, palielinās apkārtējās vides entropija.

Entropiju bieži sauc par laika bultiņa jo matērija izolētās sistēmās mēdz pāriet no kārtības uz traucējumiem.

• Atkins, Pēteris; Džūlijs De Paula (2006). Fizikālā ķīmija (8. izd.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870072-2.
• Čans, Raimonds (1998). Ķīmija (6. izd.). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
• Klausius, Rūdolfs (1850). Par siltuma virzošo spēku un likumiem, no kuriem no tā var secināt siltuma teorijai. Poggendorfa Annalen der Physick, LXXIX (Dover Reprint). ISBN 978-0-486-59065-3.
• Landsbergs, P.T. (1984). "Vai entropija un" pasūtījums "var palielināties kopā?". Fizikas vēstules. 102A (4): 171–173. doi:10.1016/0375-9601(84)90934-4
• Vatsons, Dž. Kārsons, E. M. (2002. gada maijs). "Bakalaura līmeņa studentu izpratne par entropiju un Gibsa brīvo enerģiju." Universitātes ķīmijas izglītība. 6 (1): 4. ISSN 1369-5614