Vad är entropi och hur man beräknar det

Entropi definieras som det kvantitativa måttet på störning eller slumpmässighet i ett system. Konceptet kommer från termodynamik, som handlar om överföring av värmeenergi i ett system. I stället för att prata om någon form av "absolut entropi" diskuterar fysiker i allmänhet förändringen i entropi som sker i en specifik termodynamisk process.

Key Takeaways: Beräkna entropi

• Entropi är ett mått på sannolikhet och molekylära störningar i ett makroskopiskt system.
• Om varje konfiguration är lika sannolik är entropin den naturliga logaritmen för antalet konfigurationer multiplicerat med Boltzmanns konstant: S = k_B I W
• För att entropin ska minska måste du överföra energi från någonstans utanför systemet.

Hur man beräknar entropi

I en isotermisk process förändras entropin (delta-S) är värmeförändringen (Q) dividerat med den absoluta temperaturen (T):

delta-S = Q/T

I vilken reversibel termodynamisk process som helst kan den representeras i kalkylen som integralen från en process initialt tillstånd till dess slutliga tillstånd dQ/T. I en mer allmän mening är entropi ett mått på sannolikhet och molekylär störning i ett makroskopiskt system. I ett system som kan beskrivas med variabler kan de variablerna anta ett visst antal konfigurationer. Om varje konfiguration är lika sannolik är entropin den naturliga logaritmen för antalet konfigurationer multiplicerat med Boltzmanns konstant:

S = k_B I W

där S är entropi, k_B är Boltzmanns konstant, ln är den naturliga logaritmen och W representerar antalet möjliga tillstånd. Boltzmanns konstant är lika med 1.38065 × 10^-23 J / K.

Enrop of Entropy

Entropi anses vara en omfattande egenskap av materia som uttrycks i termer av energi dividerat med temperatur. SI-enheterna för entropi är J / K (joules / grader Kelvin).

Entropi och termodynamikens andra lag

Ett sätt att ange den andra lagen för termodynamik är som följer: i vilket stängt system som helst kommer systemets entropi att förbli konstant eller öka.

Du kan se detta på följande sätt: att lägga till värme till ett system får molekylerna och atomerna att snabba upp. Det kan vara möjligt (även om det är svårt) att vända processen i ett slutet system utan att dra någon energi från eller släppa energi någon annanstans för att nå det ursprungliga tillståndet. Du kan aldrig få hela systemet "mindre energiskt" än när det startade. Energin har ingen plats att gå. För irreversibla processer ökar alltid den kombinerade entropin av systemet och dess miljö.

Missuppfattningar om entropi

Denna syn på termodynamikens andra lag är mycket populär och har missbrukats. Vissa hävdar att termodynamikens andra lag innebär att ett system aldrig kan bli ordnare. Detta är osant. Det betyder bara att du måste överföra energi från någonstans utanför systemet för att bli mer ordnad (för att entropin ska minska), till exempel när en gravid kvinna drar energi från maten för att få det befruktade ägget att bilda till ett barn. Detta är helt i linje med andra lagens bestämmelser.

Entropi är också känt som oordning, kaos och slumpmässighet, även om alla tre synonymerna är ogynnsamma.

Absolut entropi

En relaterad term är "absolut entropi", som betecknas med S hellre än AS. Absolut entropi definieras enligt termodynamikens tredje lag. Här tillämpas en konstant som gör det så att entropin vid absolut noll definieras som noll.