Hva er entropi?

Entropi er et viktig begrep innen fysikk og kjemi, pluss at den kan brukes på andre fagområder, inkludert kosmologi og økonomi. I fysikk er det en del av termodynamikk. I kjemi er det et kjernekonsept i fysisk kjemi.

Key Takeaways: Entropy

Entropi er målet for forstyrrelsen i et system. Det er en omfattende eiendom av et termodynamisk system, som betyr at verdien endres avhengig av mengden saken som er til stede. I ligninger er entropi vanligvis betegnet med bokstaven S og har enheter av joules per kelvin (J⋅K⁻¹) eller kg⋅m²⋅s⁻²⋅K⁻¹. Et høyt bestilt system har lav entropi.

Det er flere måter å beregne entropi på, men de to vanligste likningene er for reversible termodynamiske prosesser og

Entropi av en reversibel prosess

Visse forutsetninger tas når man beregner entropien til en reversibel prosess. Den viktigste antakelsen er sannsynligvis at hver konfigurasjon i prosessen er like sannsynlig (som det kanskje ikke er). Gitt like sannsynlighet for utfall, er entropi lik Boltzmanns konstant (k_B) multiplisert med den naturlige logaritmen til antall mulige tilstander (W):

S = k_B I W

Boltzmanns konstant er 1.38065 × 10−23 J / K.

Entropi av en isotermisk prosess

Kalkulus kan brukes til å finne integralen av dQ/T fra den opprinnelige tilstanden til den endelige tilstanden, hvor Q er varme og T er den absolutt (Kelvin) temperatur av et system.

En annen måte å si dette er at endringen i entropi (D s) tilsvarer endringen i varme (AQ) delt med den absolutte temperaturen (T):

D s = AQ / T

Entropi og intern energi

I fysisk kjemi og termodynamikk knytter en av de mest nyttige likningene entropi til den indre energien (U) i et system:

dU = T dS - p dV

Her endringen i indre energi dU tilsvarer absolutt temperatur T multiplisert med endringen i entropi minus eksternt trykk p og volumendringen V.

De andre lov om termodynamikk angir den totale entropien til a lukket system kan ikke reduseres. Imidlertid innenfor et system, entropi av ett system kan reduseres ved å øke entropien til et annet system.

Noen forskere spår at universets entropi vil øke til det punktet hvor tilfeldigheten skaper et system som ikke er i stand til nyttig arbeid. Når det bare gjenstår termisk energi, vil universet sies å ha dødd av hetedød.

Imidlertid bestrider andre forskere teorien om hetedød. Noen sier at universet når et system beveger seg lenger bort fra entropi selv når områdene i det øker i entropien. Andre anser universet som en del av et større system. Atter andre sier at de mulige tilstandene ikke har like stor sannsynlighet, så vanlige ligninger for å beregne entropi holder ikke gyldighet.

En isblokk vil øke i entropi mens det smelter. Det er lett å visualisere økningen i forstyrrelsen i systemet. Is består av vannmolekyler bundet til hverandre i et krystallgitter. Når isen smelter, får molekyler mer energi, spres lenger fra hverandre og mister strukturen for å danne en væske. Tilsvarende øker fasen fra en væske til en gass, fra vann til damp, systemet øker energien.

På baksiden kan energien redusere. Dette skjer når damp endrer fase til vann eller når vann endrer seg til is. Den andre loven om termodynamikk brytes ikke fordi saken ikke er i et lukket system. Mens entropien til systemet som studeres kan avta, øker miljøets.

Entropi kalles ofte tidens pil fordi materie i isolerte systemer har en tendens til å bevege seg fra orden til lidelse.

• Atkins, Peter; Julio De Paula (2006). Fysisk kjemi (8. utg.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870072-2.
• Chang, Raymond (1998). Kjemi (6. utg.). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
• Clausius, Rudolf (1850). På motivets kraft av varme, og på lovene som kan trekkes ut fra det for teorien om varme. Poggendorff s Annalen der Physick, LXXIX (Dover Reprint). ISBN 978-0-486-59065-3.
• Landsberg, P.T. (1984). "Kan entropi og" bestille "øke sammen?". Fysikkbokstaver. 102A (4): 171–173. gjør jeg:10.1016/0375-9601(84)90934-4
• Watson, J.R.; Carson, E.M. (Mai 2002). "Studentenes forståelse av entropi og Gibbs fri energi." University Chemistry Education. 6 (1): 4. ISSN 1369-5614