Hva er entropi og hvordan du beregner det

Betydningen av entropi i fysikk

Entropi er et mål på tilfeldigheten eller uorden i et system. Atomic Imagery/Getty Images

Entropi er definert som det kvantitative målet på uorden eller tilfeldighet i et system. Konseptet kommer ut av termodynamikk , som omhandler overføring av varme energi innenfor et system. I stedet for å snakke om en form for 'absolutt entropi', diskuterer fysikere generelt endringen i entropi som finner sted i en bestemt termodynamisk prosess .

Viktige ting: Beregning av entropi

• Entropi er et mål på sannsynlighet og den molekylære forstyrrelsen i et makroskopisk system.
• Hvis hver konfigurasjon er like sannsynlig, er entropien den naturlige logaritmen av antall konfigurasjoner, multiplisert med Boltzmanns konstant: S = k_Bln
• For at entropien skal avta, må du overføre energi fra et sted utenfor systemet.

Hvordan beregne entropi

I en isotermisk prosess , endringen i entropi (delta- S ) er endringen i varme ( Q ) delt på absolutt temperatur ( T ):

delta- S = Q / T

I enhver reversibel termodynamisk prosess kan den representeres i kalkulus som integralet fra en prosess initialtilstand til dens endelige tilstand av dQ / T. I en mer generell forstand er entropi et mål på sannsynlighet og den molekylære forstyrrelsen i et makroskopisk system. I et system som kan beskrives av variabler, kan disse variablene anta et visst antall konfigurasjoner. Hvis hver konfigurasjon er like sannsynlig, er entropien den naturlige logaritmen av antall konfigurasjoner, multiplisert med Boltzmanns konstant:

S = k_Bln

hvor S er entropi, k_Ber Boltzmanns konstant, ln er den naturlige logaritmen, og W representerer antall mulige tilstander. Boltzmanns konstant er lik 1,38065 × 10²³J/K.

Entropienheter

Entropi anses å være en omfattende egenskap ved materie som uttrykkes i form av energi delt på temperatur. De SI-enheter av entropien er J/K (joule/grader Kelvin).

Entropi og termodynamikkens andre lov

En måte å si det på termodynamikkens andre lov er som følger: i enhver lukket system , vil entropien til systemet enten forbli konstant eller øke.

Du kan se dette på følgende måte: å tilføre varme til et system får molekylene og atomene til å øke hastigheten. Det kan være mulig (selv om det er vanskelig) å reversere prosessen i et lukket system uten å trekke energi fra eller frigjøre energi et annet sted for å nå starttilstanden. Du kan aldri få hele systemet 'mindre energisk' enn da det startet. Energien har ikke noe sted å gå. For irreversible prosesser øker alltid den kombinerte entropien til systemet og dets miljø.

Misoppfatninger om entropi

Dette synet på termodynamikkens andre lov er veldig populært, og det har blitt misbrukt. Noen hevder at termodynamikkens andre lov betyr at et system aldri kan bli mer ryddig. Dette er usant. Det betyr bare at for å bli mer ryddig (for at entropien skal avta), må du overføre energi fra et sted utenfor systemet, for eksempel når en gravid kvinne trekker energi fra maten for å få det befruktede egget til å danne en baby. Dette er helt i tråd med andre lovs bestemmelser.

Entropi er også kjent som uorden, kaos og tilfeldighet, selv om alle tre synonymer er upresise.

Absolutt entropi

Et relatert begrep er 'absolutt entropi', som er betegnet med S heller enn S . Absolutt entropi er definert i henhold til termodynamikkens tredje lov. Her brukes en konstant som gjør at entropien ved absolutt null er definert til null.