Τι είναι η εντροπία και πώς υπολογίζεται;

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Η εντροπία είναι μια θερμοδυναμική παράμετρος που μετρά τον βαθμό οργάνωσης ενός συστήματος. Η Θερμοδυναμική μελετά τις μακροσκοπικές διεργασίες στις οποίες η μεταφορά θερμότητας μεταφράζεται σε άλλες μορφές ενέργειας και πώς παράγεται το έργο. Η εντροπία, που συμβολίζεται με το σύμβολο S , μετρά τις μικροκαταστάσεις που είναι συμβατές με μια θερμοδυναμική μακροκατάσταση σε ισορροπία. Ο όρος εντροπία προέρχεται από την ελληνική και σημαίνει μεταμόρφωση. Η αξία του αυξάνεται σε διαδικασίες με μεταφορά ενέργειας και λέγεται ότι η εντροπία περιγράφει τη μη αναστρέψιμη λειτουργία ενός θερμοδυναμικού συστήματος.

Σε μια ισοθερμική διεργασία, στην οποία δεν υπάρχει μεταβολή της θερμοκρασίας, η μεταβολή της εντροπίας μεταξύ δύο θερμοδυναμικών καταστάσεων σε ισορροπία, D S = S 2S 1 , είναι ίση με τη μεταβολή της θερμότητας μεταξύ των δύο καταστάσεων D Q = Q 2Q 1 διαιρούμενο με την απόλυτη θερμοκρασία T.

D S = D Q/T

Η έννοια της εντροπίας προήλθε από το μυαλό του Rudolf Clausius τη δεκαετία του 1850, όταν προσπάθησε να εξηγήσει γιατί χάνεται πάντα ενέργεια κατά τη μετατροπή της θερμικής ενέργειας στις θερμοδυναμικές διεργασίες. Ο Clausius καθιέρωσε την έννοια του θερμοδυναμικού συστήματος και υπέθεσε ότι σε οποιαδήποτε μη αναστρέψιμη διαδικασία διαχέεται ένα ορισμένο ποσό ενέργειας. Αργότερα, μεταξύ 1890 και 1900, ο Ludwing Boltzmann, μαζί με άλλους φυσικούς, ανέπτυξαν αυτό που σήμερα είναι γνωστό ως στατιστική φυσική , επαναπροσδιορίζοντας την εντροπία συνδέοντάς την με τις πιθανές μικροκαταστάσεις ενός συστήματος χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση.

S = kB ln ( W )

Το W αντιπροσωπεύει τον αριθμό των πιθανών μικροκαταστάσεων ενός συστήματος. Ο φυσικός του λογάριθμος πολλαπλασιασμένος με τη σταθερά kB του Boltzmann δίνει την τιμή της εντροπίας S ενός θερμοδυναμικού συστήματος. Η τιμή της σταθεράς του Boltzmann είναι 1,38065 × 10 −23 J/K.

Ο προηγούμενος τύπος εξέφραζε την αλλαγή στην εντροπία μεταξύ δύο καταστάσεων ισορροπίας ενός θερμοδυναμικού συστήματος και δεν όριζε τιμή εντροπίας για ένα σύστημα. Αντίθετα, αυτός ο τύπος αποδίδει μια απόλυτη τιμή στην εντροπία ενός θερμοδυναμικού συστήματος. Η ερμηνεία δεν είναι πάντα σαφής, αλλά μπορεί να ειπωθεί ότι η εντροπία μετρά τη διαταραχή των μικροσυστατικών ενός θερμοδυναμικού μακροσυστήματος. Με τη σειρά της, αυτή η διαταραχή ή η ταραχή σχετίζεται με τη θερμοκρασία του συστήματος.

Η θερμοδυναμική βασίζεται σε τέσσερις αρχές:

  • Η Μηδενική Αρχή δηλώνει ότι εάν δύο συστήματα βρίσκονται σε θερμική ισορροπία με ένα τρίτο σύστημα, θα είναι επίσης σε θερμική ισορροπία μεταξύ τους.
  • Σύμφωνα με την πρώτη αρχή, ένα κλειστό σύστημα μπορεί να ανταλλάσσει ενέργεια με το περιβάλλον του με τη μορφή εργασίας και θερμότητας, συσσωρεύοντας ενέργεια με τη μορφή εσωτερικής ενέργειας.
  • Ο δεύτερος νόμος υποστηρίζει ότι η εντροπία του σύμπαντος τείνει πάντα να αυξάνεται. Ένα εναλλακτικό αξίωμα που διατυπώθηκε από τον Clausius καθιερώνει ότι μια διαδικασία της οποίας το μοναδικό αποτέλεσμα είναι η μεταφορά θερμότητας από ένα σώμα χαμηλότερης θερμοκρασίας σε ένα άλλο υψηλότερης θερμοκρασίας δεν είναι δυνατή.
  • Τέλος, ο τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής, όπως υποτίθεται από τον Walther Nernst, λέει ότι η θερμοκρασία απόλυτου μηδέν δεν μπορεί να επιτευχθεί (0 στην κλίμακα Kelvin ή Rankine).

Πηγές

-Διαφήμιση-

mm
Sergio Ribeiro Guevara (Ph.D.)
(Doctor en Ingeniería) - COLABORADOR. Divulgador científico. Ingeniero físico nuclear.

Artículos relacionados