Che cos'è l'entropia?

L'entropia è un concetto importante in fisica e chimica, inoltre può essere applicato ad altre discipline, tra cui cosmologia ed economia. In fisica fa parte della termodinamica. In chimica, è un concetto chiave in chimica fisica.

Key Takeaways: Entropy

L'entropia è la misura del disordine di un sistema. È un vasta proprietà di un sistema termodinamico, il che significa che il suo valore cambia a seconda della quantità di importa quello è presente. Nelle equazioni, l'entropia è generalmente indicata con la lettera S e ha unità di joule per kelvin (J⋅K⁻¹) o kg⋅m²⋅s⁻²⋅K⁻¹. Un sistema altamente ordinato ha una bassa entropia.

Esistono diversi modi per calcolare l'entropia, ma le due equazioni più comuni sono per i processi termodinamici reversibili e processi isotermici (temperatura costante).

Entropia di un processo reversibile

Nel calcolo dell'entropia di un processo reversibile vengono fatte alcune ipotesi. Probabilmente il presupposto più importante è che ogni configurazione all'interno del processo sia ugualmente probabile (cosa che potrebbe non esserlo). Data l'eguale probabilità di esiti, l'entropia è uguale alla costante di Boltzmann (k_B) moltiplicato per il logaritmo naturale del numero di stati possibili (W):

S = k_B ln

La costante di Boltzmann è 1.38065 × 10−23 J / K.

Entropia di un processo isotermico

Il calcolo può essere usato per trovare l'integrale di dQ/T dallo stato iniziale allo stato finale, dove Q è caldo e T è il temperatura assoluta (Kelvin) di un sistema.

Un altro modo per affermarlo è che il cambiamento nell'entropia (ΔS) è uguale alla variazione di calore (AQ) diviso per la temperatura assoluta (T):

ΔS = AQ / T

Entropia ed energia interna

In chimica fisica e termodinamica, una delle equazioni più utili mette in relazione l'entropia con l'energia interna (U) di un sistema:

dU = T dS - p dV

Qui, il cambiamento di energia interna dU è uguale alla temperatura assoluta T moltiplicato per il cambiamento di entropia meno la pressione esterna p e la variazione di volume V.

Il seconda legge della termodinamica afferma l'entropia totale di a sistema chiuso non può diminuire. Tuttavia, all'interno di un sistema, entropia di un sistema può diminuisce aumentando l'entropia di un altro sistema.

Alcuni scienziati prevedono che l'entropia dell'universo aumenterà al punto in cui la casualità crea un sistema incapace di lavoro utile. Quando rimane solo l'energia termica, l'universo sarebbe morto per morte termica.

Tuttavia, altri scienziati contestano la teoria della morte per calore. Alcuni sostengono che l'universo come sistema si allontani ulteriormente dall'entropia anche se le aree al suo interno aumentano di entropia. Altri considerano l'universo come parte di un sistema più ampio. Altri ancora dicono che i possibili stati non hanno la stessa probabilità, quindi le equazioni ordinarie per calcolare l'entropia non sono valide.

Un blocco di ghiaccio aumenterà in entropia mentre si scioglie. È facile visualizzare l'aumento del disordine del sistema. Il ghiaccio è costituito da molecole d'acqua legate tra loro in un reticolo cristallino. Quando il ghiaccio si scioglie, le molecole acquistano più energia, si diffondono ulteriormente e perdono struttura per formare un liquido. Allo stesso modo, il passaggio di fase da un liquido a un gas, come dall'acqua al vapore, aumenta l'energia del sistema.

D'altro canto, l'energia può diminuire. Ciò si verifica quando il vapore cambia fase in acqua o quando l'acqua cambia in ghiaccio. La seconda legge della termodinamica non è violata perché la questione non è in un sistema chiuso. Mentre l'entropia del sistema studiato può diminuire, quella dell'ambiente aumenta.

L'entropia è spesso chiamata il freccia del tempo perché la materia in sistemi isolati tende a spostarsi dall'ordine al disordine.

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