Entropia määritellään häiriön tai satunnaisuuden kvantitatiiviseksi mittaksi järjestelmässä. Konsepti tulee ulos termodynamiikka, joka käsittelee lämpöenergia järjestelmän sisällä. Sen sijaan, että puhutaan jostakin "absoluuttisen entropian" muodosta, fyysikot keskustelevat yleensä entropian muutoksesta, joka tapahtuu tietyssä termodynaaminen prosessi.
Key Takeaways: Entropian laskeminen
- Entropia on makroskooppisen järjestelmän todennäköisyyden ja molekyylin häiriön mitta.
- Jos kukin konfiguraatio on yhtä todennäköinen, niin entropia on konfiguraatioiden lukumäärän luonnollinen logaritmi kerrottuna Boltzmannin vakiona: S = kB W.
- Jotta entropia vähenee, sinun on siirrettävä energiaa jostakin järjestelmän ulkopuolelta.
Kuinka laskea entropia
Vuonna isoterminen prosessi, entropian muutos (delta-S) on lämmönmuutos (Q) jaettuna absoluuttinen lämpötila (T):
delta-S = Q/T
Missä tahansa palautuvassa termodynaamisessa prosessissa se voidaan esittää laskelmassa integraalina prosessin alkutilasta sen lopulliseen tilaan.
dQ/T. Yleisemmässä mielessä entropia on makroskooppisen järjestelmän todennäköisyyden ja molekyylin häiriön mitta. Järjestelmässä, jota voidaan kuvata muuttujilla, nämä muuttujat voivat omata tietyn määrän konfiguraatioita. Jos kukin konfiguraatio on yhtä todennäköinen, niin entropia on konfiguraatioiden lukumäärän luonnollinen logaritmi kerrottuna Boltzmannin vakiona:S = kB W.
missä S on entroopia, kB on Boltzmannin vakio, ln on luonnollinen logaritmi ja W edustaa mahdollisten tilojen lukumäärää. Boltzmannin vakio on yhtä suuri kuin 1,38065 × 10−23 J / K.
Entropian yksiköt
Entropiaa pidetään aineen laajana ominaisuutena, joka ilmaistaan energiana jaettuna lämpötilalla. SI-yksiköt entroopia ovat J / K (jouleina / asteina Kelvin).
Entropia ja termodynamiikan toinen laki
Yksi tapa ilmoittaa termodynamiikan toinen laki on seuraava: missä tahansa suljettu järjestelmä, järjestelmän entropia joko pysyy vakiona tai kasvaa.
Voit tarkastella tätä seuraavasti: Lämmön lisääminen järjestelmään aiheuttaa molekyylien ja atomien nopeutumisen. Voi olla mahdollista (vaikkakin hankala) kääntää prosessi suljetussa järjestelmässä vetämättä mitään energiaa tai vapauttamalla energiaa muualta alkuperäisen tilan saavuttamiseksi. Et voi koskaan saada koko järjestelmästä "vähemmän energistä" kuin silloin, kun se alkoi. Energialla ei ole minne mennä. Peruuttamattomissa prosesseissa järjestelmän ja sen ympäristön yhdistetty entropia kasvaa aina.
Entropiaa koskevat väärinkäsitykset
Tämä näkemys termodynamiikan toisesta laista on erittäin suosittu, ja sitä on käytetty väärin. Jotkut väittävät, että termodynamiikan toinen laki tarkoittaa, että järjestelmästä ei voi koskaan tulla järjestäytyneempää. Tämä on totta. Se tarkoittaa vain, että tullaksesi järjestäytyneemmäksi (jotta entropia vähenee), sinun on siirrettävä energiaa jostakin järjestelmän ulkopuolella, esimerkiksi kun raskaana oleva nainen kuluttaa energiaa ruoasta aiheuttaa hedelmöitetyn munan muodostumisen vauva. Tämä on täysin toisen lain säännösten mukaista.
Entropiaa kutsutaan myös häiriöksi, kaaokseksi ja satunnaisuudeksi, vaikka kaikki kolme synonyymiä ovat epätarkkoja.
Absoluuttinen entropia
Aiheeseen liittyvä termi on "absoluuttinen entropia", jota merkitään S mielummin kuin AS. Absoluuttinen entropia määritetään termodynamiikan kolmannen lain mukaan. Tässä käytetään vakiona, joka tekee siitä niin, että absoluuttisen nollan entropia määritetään nollaksi.