Entroopiat defineeritakse kui häire või juhuslikkuse kvantitatiivset mõõtmist süsteemis. Mõiste tuleb välja termodünaamika, mis tegeleb soojusenergia süsteemi sees. Mingisugusest "absoluutsest entroopiast" rääkimise asemel arutavad füüsikud üldiselt entroopia muutust, mis toimub konkreetses piirkonnas termodünaamiline protsess.
Key Takeaways: Entroopia arvutamine
- Entroopia on makroskoopilise süsteemi tõenäosuse ja molekulaarhäire mõõt.
- Kui iga konfiguratsioon on võrdselt tõenäoline, siis on entroopia konfiguratsioonide arvu naturaallogaritm, korrutatuna Boltzmanni konstandiga: S = kB W
- Entroopia vähenemiseks peate energiat kandma kuskilt väljaspool süsteemi.
Kuidas arvutada entroopiat
Sisse isotermiline protsess, entroopia muutus (delta-S) on soojuse muutus (Q) jagatud absoluutne temperatuur (T):
delta-S = Q/T
Mis tahes pöörduvas termodünaamilises protsessis saab seda arvutada arvutamisel integraalina protsessi algseisundist kuni lõppseisuni. dQ/T. Üldisemas mõttes on entroopia makroskoopilise süsteemi tõenäosuse ja molekulaarhäire mõõt. Muutujatega kirjeldatavas süsteemis võivad need muutujad omada teatud arvu konfiguratsioone. Kui iga konfiguratsioon on võrdselt tõenäoline, siis on entroopia konfiguratsioonide arvu naturaallogaritm, korrutatuna Boltzmanni konstandiga:
S = kB W
kus S on entroopia, kB on Boltzmanni konstant, ln on naturaalne logaritm ja W tähistab võimalike olekute arvu. Boltzmanni konstant võrdub 1,38065 × 10−23 J / K.
Entroopia ühikud
Entroopiat peetakse aine ulatuslikuks omaduseks, mida väljendatakse energia jagatuna temperatuuriga. SI ühikud entroopia väärtus on J / K (džaulides / kraadides kraadides).
Entroopia ja termodünaamika teine seadus
Üks viis märkimiseks termodünaamika teine seadus on järgmine: ükskõik millises suletud süsteem, siis süsteemi entroopia jääb samaks või suureneb.
Seda saab vaadata järgmiselt: soojuse lisamine süsteemile kiirendab molekule ja aatomeid. Võib olla võimalik (ehkki keeruline) suletud süsteemis protsessi ümber pöörata, ilma et energiat kuskilt mujalt ammutaks või energiat algse oleku saavutamiseks vabastaks. Kunagi ei saa kogu süsteem "vähem energiliseks" kui siis, kui see käivitus. Energial pole kuskile minna. Pöördumatute protsesside korral suureneb süsteemi ja selle keskkonna kombineeritud entroopia alati.
Eksiarvamused entroopia kohta
See vaade termodünaamika teisele seadusele on väga populaarne ja seda on valesti kasutatud. Mõni väidab, et termodünaamika teine seadus tähendab, et süsteem ei saa kunagi korrapärasemaks muutuda. See on vale. See tähendab lihtsalt, et korrapärasemaks muutumiseks (entroopia vähenemiseks) peate energia kuskilt üle kandma väljaspool süsteemi, näiteks kui rase naine võtab toidust energiat, et viljastatud munarakk moodustuks laps. See on täielikult kooskõlas teise seaduse sätetega.
Entroopia on tuntud ka kui häire, kaos ja juhuslikkus, ehkki kõik kolm sünonüümi on ebatäpsed.
Absoluutne entroopia
Seotud termin on "absoluutne entroopia", mida tähistatakse tähega S pigem kui ΔS. Absoluutne entroopia määratletakse vastavalt termodünaamika kolmandale seadusele. Siin rakendatakse konstanti, mis muudab selle nii, et absoluutnullil olev entroopia määratletakse nulliks.