Что такое энтропия?

Энтропия является важной концепцией в физике и химияплюс его можно применять к другим дисциплинам, в том числе космология и экономика. В физике это часть термодинамики. В химии это основная концепция в физическая химия.

Ключевые выводы: энтропия

Энтропия - это мера беспорядка системы. Это обширная собственность термодинамической системы, что означает, что ее значение изменяется в зависимости от количества иметь значение это присутствует. В уравнениях энтропия обычно обозначается буквой S и имеет единицы джоулей за кельвин (J⋅K⁻¹) или кгм²⋅s⁻²⋅K⁻¹. Высокоупорядоченная система имеет низкую энтропию.

Существует несколько способов вычисления энтропии, но два наиболее распространенных уравнения относятся к обратимым термодинамическим процессам и изотермические (постоянные температуры) процессы.

Энтропия обратимого процесса

Определенные предположения сделаны при расчете энтропии обратимого процесса. Вероятно, наиболее важным допущением является то, что каждая конфигурация в процессе одинаково вероятна (чего на самом деле не может быть). При равной вероятности исходов энтропия равна постоянной Больцмана (k_В) умножается на натуральный логарифм числа возможных состояний (W):

S = k_В L W

Константа Больцмана составляет 1,38065 × 10-23 Дж / К.

Энтропия изотермического процесса

Исчисление может быть использовано, чтобы найти интеграл DQ/T из исходного состояния в конечное состояние, где Q это тепло и T это абсолютная (Кельвин) температура системы.

Еще один способ заявить, что изменение энтропии (Dgr; S) равно изменению тепла (& delta; q) делится на абсолютную температуру (T):

Dgr; S = & delta; q / T

Энтропия и внутренняя энергия

В физической химии и термодинамике одно из наиболее полезных уравнений связывает энтропию с внутренней энергией (U) системы:

сШ = T dS - p dV

Здесь изменение внутренней энергии сШ равна абсолютной температуре T умножается на изменение энтропии минус внешнее давление п и изменение объема В.

второй закон термодинамики утверждает полную энтропию закрытая система не может уменьшиться. Однако внутри системы энтропия одной системы мочь уменьшить путем повышения энтропии другой системы.

Некоторые ученые предсказывают, что энтропия вселенной возрастет до такой степени, что случайность создаст систему, неспособную к полезной работе. Когда остается только тепловая энергия, говорят, что вселенная умерла от тепловой смерти.

Однако другие ученые оспаривают теорию тепловой смерти. Некоторые говорят, что вселенная как система движется дальше от энтропии, даже когда области внутри нее увеличиваются в энтропии. Другие считают Вселенную частью большой системы. Третьи говорят, что возможные состояния не имеют равной вероятности, поэтому обычные уравнения для вычисления энтропии не имеют силы.

Глыба льда увеличится в энтропия как это тает. Легко представить увеличение беспорядка системы. Лед состоит из молекул воды, связанных друг с другом в кристаллической решетке. По мере таяния льда молекулы приобретают больше энергии, распространяются дальше и теряют структуру, образуя жидкость. Точно так же изменение фазы от жидкости к газу, как от воды к пару, увеличивает энергию системы.

С другой стороны, энергия может уменьшиться. Это происходит, когда пар превращает фазу в воду или вода превращается в лед. Второй закон термодинамики не нарушается, поскольку вещество не находится в замкнутой системе. Хотя энтропия изучаемой системы может уменьшиться, энтропия окружающей среды возрастает.

Энтропию часто называют стрела времени потому что материя в изолированных системах имеет тенденцию переходить от порядка к беспорядку.

• Аткинс, Питер; Хулио де Паула (2006). Физическая химия (8-е изд.). Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-870072-2.
• Чанг, Раймонд (1998). Химия (6-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу Хилл. ISBN 978-0-07-115221-1.
• Клаузий, Рудольф (1850). О движущей силе тепла и о законах, которые можно вывести из него для теории тепла. Поггендорфа-х Annalen der PhysickLXXIX (Перепечатка Dover). ISBN 978-0-486-59065-3.
• Ландсберг, П.Т. (1984). «Может ли энтропия и« порядок возрастать вместе? ». Физика Письма. 102А (4): 171–173. DOI:10.1016/0375-9601(84)90934-4
• Watson, J.R.; Карсон, Е.М. (май 2002). "Понимание энтропии и свободной энергии Гиббса студентами." Университет химического образования. 6 (1): 4. ISSN 1369-5614