Какво е ентропия?

Ентропията е важно понятие във физиката и химия, плюс това може да се прилага и за други дисциплини, включително космология и икономика. Във физиката тя е част от термодинамиката. В областта на химията тя е основна концепция в физическа химия.

Ключови заведения: Ентропия

Ентропията е мярката за разстройството на една система. Това е ан обширна собственост на термодинамична система, което означава, че стойността му се променя в зависимост от количеството на въпрос това е налице. В уравненията ентропията обикновено се обозначава с буквата S и има единици от джаули на келвин (J⋅K)⁻¹) или kg⋅m²⋅s⁻²⋅K⁻¹. Силно подредената система има ниска ентропия.

Има няколко начина за изчисляване на ентропията, но двете най-често срещани уравнения са за обратими термодинамични процеси и изотермични (постоянна температура) процеси.

Ентропия на обратим процес

Някои изчисления се правят при изчисляване на ентропията на обратим процес. Вероятно най-важното предположение е, че всяка конфигурация в рамките на процеса е еднакво вероятна (което всъщност не може да бъде). Като се има предвид еднаква вероятност от резултати, ентропията се равнява на константата на Болтцман (k_B) умножено по естествения логаритъм на броя на възможните състояния (W):

S = k_B ln W

Константата на Болцман е 1.38065 × 10−23 J / K.

Ентропия на изотермичен процес

Изчислението може да се използва за намиране на интеграла на DQ/T от първоначалното състояние до крайното състояние, където Q е топлина и T е абсолютна (келвинова) температура на система.

Друг начин да заявим това е, че промяната в ентропията (ΔS) се равнява на промяната в топлината (ΔQ) разделено на абсолютната температура (T):

ΔS = ΔQ / T

Ентропия и вътрешна енергия

Във физическата химия и термодинамиката едно от най-полезните уравнения се отнася ентропията към вътрешната енергия (U) на системата:

Du = T dS - p dV

Тук промяната на вътрешната енергия Du равна на абсолютна температура T умножено по промяната на ентропията минус външното налягане р и промяната в обема V.

Най- втори закон на термодинамиката посочва пълната ентропия на a затворена система не може да намалее. В рамките на системата, ентропия на една система мога намаление чрез повишаване на ентропията на друга система.

Някои учени прогнозират, че ентропията на Вселената ще се увеличи до момента, в който случайността създава система, неспособна за полезна работа. Когато остане само топлинна енергия, вселената би казала, че е умряла от топлинна смърт.

Други учени обаче оспорват теорията за топлинната смърт. Някои казват, че Вселената като система се отдалечава от ентропията, дори когато областите в нея се увеличават ентропията. Други разглеждат Вселената като част от по-голяма система. Други твърдят, че възможните състояния нямат равна вероятност, така че обикновените уравнения за изчисляване на ентропията не са валидни.

Блок лед ще се увеличи в ентропия като се топи. Лесно е да се визуализира увеличаването на разстройството на системата. Ледът се състои от водни молекули, свързани помежду си в кристална решетка. Докато ледът се стопява, молекулите печелят повече енергия, разпространяват се по-нататък и губят структура, за да образуват течност. По същия начин фазовото изменение от течност в газ, като от вода в пара, увеличава енергията на системата.

От обратната страна, енергията може да намалее. Това се случва във фазата на промяна на парата във вода или във водата. Вторият закон на термодинамиката не е нарушен, защото материята не е в затворена система. Докато ентропията на изследваната система може да намалее, тази на околната среда се увеличава.

Ентропията често се нарича " стрелка на времето тъй като материята в изолирани системи има тенденция да преминава от ред към безпорядък.

• Аткинс, Питър; Хулио Де Паула (2006). Физическа химия (8-мо изд.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870072-2.
• Чанг, Реймънд (1998). Химия (6-то изд.). Ню Йорк: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
• Клаус, Рудолф (1850). За мотивната сила на топлината и за законите, които могат да се изведат от нея за теорията на топлината. Poggendorff на Анален дер Физик, LXXIX (Dover Reprint). ISBN 978-0-486-59065-3.
• Landsberg, P.T. (1984). „Може ли ентропията и„ Поръчката “да се увеличат заедно?“. Писма по физика. 102А (4): 171–173. DOI:10.1016/0375-9601(84)90934-4
• Watson, J.R.; Карсън, Е. М. (май 2002 г.). "Студентите на студентите в курса на ентропията и свободната енергия на Гибс." Университетско образование по химия. 6 (1): 4. ISSN 1369-5614