Kas ir entropija un kā to aprēķināt

Entropija tiek definēta kā traucējumu vai nejaušības kvantitatīvs rādītājs sistēmā. Koncepcija iznāk no termodinamika, kas nodarbojas ar siltuma enerģija sistēmā. Tā vietā, lai runātu par kaut kādu "absolūtas entropijas veidu", fiziķi parasti apspriež entropijas izmaiņas, kas notiek noteiktā termodinamiskais process.

Key Takeaways: Entropijas aprēķināšana

In izotermisks process, izmaiņas entropijā (delta-S) ir siltuma izmaiņas (Q) dalīts ar absolūtā temperatūra (T):

delta-S = Q/T

Jebkurā atgriezeniskā termodinamiskā procesā to var aprēķināt kā integrālu no procesa sākuma stāvokļa līdz tā galīgajam stāvoklim. dQ/T. Plašākā nozīmē entropija ir makroskopiskās sistēmas varbūtības un molekulāro traucējumu mērs. Sistēmā, ko var aprakstīt ar mainīgiem lielumiem, šie mainīgie var uzņemties noteiktu konfigurāciju skaitu. Ja katra konfigurācija ir vienlīdz iespējama, tad entropija ir konfigurāciju skaita dabiskais logaritms, kas reizināts ar Boltsmana konstantu:

S = k_B W

kur S ir entropija, k_B ir Boltsmana konstante, ln ir dabiskais logaritms, un W apzīmē iespējamo stāvokļu skaitu. Boltsmana konstante ir vienāda ar 1,38065 × 10⁻²³ J / K.

Entropija tiek uzskatīta par plašu matērijas īpašību, ko izsaka enerģijas dalījumā ar temperatūru. SI vienības entropijas lielumi ir J / K (džouli / grādi pēc Kelvina).

Viens veids, kā norādīt otrais termodinamikas likums ir šāds: jebkurā slēgta sistēma, sistēmas entropija vai nu paliks nemainīga, vai arī palielināsies.

To var apskatīt šādi: pievienojot siltumu sistēmai, molekulas un atomi paātrinās. Var būt iespējams (kaut arī grūts) procesu mainīt slēgtā sistēmā, neizmantojot enerģiju vai atbrīvojot enerģiju no kaut kur citur, lai sasniegtu sākotnējo stāvokli. Jūs nekad nevarat visu sistēmu padarīt "mazāk enerģisku" nekā tad, kad tā sākās. Enerģijai nav kur iet. Neatgriezenisku procesu gadījumā sistēmas un tās vides kombinētā entropija vienmēr palielinās.

Šis termodinamikas otrā likuma skatījums ir ļoti populārs, un tas ir ticis nepareizi izmantots. Daži apgalvo, ka otrais termodinamikas likums nozīmē, ka sistēma nekad nevar kļūt sakārtotāka. Tas nav taisnība. Tas tikai nozīmē, ka, lai kļūtu sakārtotāks (lai entropija mazinātos), jums no kaut kurienes jāpārnes enerģija ārpus sistēmas, piemēram, ja grūtniece patērē enerģiju no pārtikas, lai apaugļota olšūna varētu veidoties bērniņš. Tas pilnībā atbilst otrā likuma noteikumiem.

Entropija ir pazīstama arī kā traucējumi, haoss un nejaušība, lai gan visi trīs sinonīmi ir neprecīzi.

Saistīts termins ir "absolūtā entropija", ko apzīmē ar S nevis ΔS. Absolūtā entropija tiek definēta saskaņā ar trešo termodinamikas likumu. Šeit tiek pielietota konstante, kas padara to par tādu, ka entropija pie absolūtas nulles tiek definēta kā nulle.