Entropi er et vigtigt begreb inden for fysik og kemi, plus det kan anvendes på andre discipliner, herunder kosmologi og økonomi. I fysik er det en del af termodynamik. I kemi er det et kernekoncept i fysisk kemi.
Key takeaways: Entropy
- Entropi er et mål for et systems tilfældighed eller forstyrrelse.
- Værdien af entropi afhænger af et systems masse. Det er betegnet med bogstavet S og har enheder med joules pr. Kelvin.
- Entropi kan have en positiv eller negativ værdi. I henhold til den anden termodynamiklov kan et systems entropi kun mindskes, hvis entropiet for et andet system øges.
Entropy Definition
Entropi er målet for et systems forstyrrelse. Det er en omfattende ejendom af et termodynamisk system, hvilket betyder, at dens værdi ændres afhængigt af mængden af stof det er til stede. I ligninger betegnes entropi normalt med bogstavet S og har enheder af joules pr. kelvin (J⋅K−1) eller kg⋅m2⋅s−2⋅K−1. Et stærkt ordnet system har lav entropi.
Entropi ligning og beregning
Der er flere måder at beregne entropi på, men de to mest almindelige ligninger er til reversible termodynamiske processer og
isotermiske processer (konstant temperatur).Entropi af en reversibel proces
Visse antagelser foretages, når entropien til en reversibel proces beregnes. Den vigtigste antagelse er sandsynligvis, at hver konfiguration inden for processen er lige sandsynlig (hvilket den muligvis ikke er). Givet lige sandsynlighed for resultater er entropi lig med Boltzmanns konstant (kB) ganget med den naturlige logaritme for antallet af mulige tilstande (W):
S = kB I W
Boltzmanns konstant er 1.38065 × 10−23 J / K.
Entropi af en isotermisk proces
Calculus kan bruges til at finde integralen af dQ/T fra den oprindelige tilstand til den endelige tilstand, hvor Q er varme og T er absolut (Kelvin) temperatur af et system.
En anden måde at sige dette på er, at ændringen i entropi (AS) er lig med ændringen i varme (AQ) divideret med den absolutte temperatur (T):
AS = AQ / T
Entropi og intern energi
I fysisk kemi og termodynamik relaterer en af de mest nyttige ligninger entropi til et systems indre energi (U):
dU = T dS - p dV
Her ændringen i intern energi dU svarer til absolut temperatur T ganget med ændringen i entropi minus eksternt tryk p og ændringen i volumen V.
Entropi og den anden lov om termodynamik
Det anden lov om termodynamik angiver den totale entropi af a lukket system kan ikke mindskes. I et system entropi af et system kan mindskes ved at hæve entropien af et andet system.
Universets entropi og varmedød
Nogle forskere forudsiger, at universets entropi vil stige til det punkt, hvor tilfældigheden skaber et system, der ikke er i stand til nyttigt arbejde. Når der kun er termisk energi tilbage, siges universet at være død af varmedød.
Andre forskere bestrider imidlertid teorien om varmedød. Nogle siger, at universet, når et system bevæger sig længere væk fra entropi, selv når områder inden for det stiger i entropien. Andre betragter universet som en del af et større system. Atter andre siger, at de mulige tilstande ikke har samme sandsynlighed, så almindelige ligninger til beregning af entropi holder ikke gyldige.
Eksempel på Entropy
En isblok vil stige i entropi når det smelter. Det er let at visualisere stigningen i forstyrrelsen i systemet. Is består af vandmolekyler bundet til hinanden i en krystalgitter. Når isen smelter, får molekyler mere energi, spredes yderligere fra hinanden og mister strukturen for at danne en væske. På lignende måde øger faseændringen fra en væske til en gas, da vand til damp øger systemets energi.
På baksiden kan energien mindskes. Dette sker, når damp skifter fase til vand, eller når vand skifter til is. Den anden lov om termodynamik er ikke overtrådt, fordi sagen ikke er i et lukket system. Mens entropien i det system, der studeres, kan falde, øges miljøets.
Entropi og tid
Entropi kaldes ofte Tidens pil fordi stof i isolerede systemer har en tendens til at bevæge sig fra orden til uorden.
Kilder
- Atkins, Peter; Julio De Paula (2006). Fysisk kemi (8. udgave). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870072-2.
- Chang, Raymond (1998). Kemi (6. udgave). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
- Clausius, Rudolf (1850). Om den motive kraft af varme, og om de love, der kan trækkes fra den til teorien om varme. Poggendorff s Annalen der Physick, LXXIX (Dover-udskrivning). ISBN 978-0-486-59065-3.
- Landsberg, P.T. (1984). "Kan entropi og" orden "stige sammen?". Fysikebrev. 102A (4): 171–173. doi:10.1016/0375-9601(84)90934-4
- Watson, J.R.; Carson, E.M. (maj 2002). "Bachelorstuderendes forståelse af entropi og Gibbs fri energi." University Kemi Uddannelse. 6 (1): 4. ISSN 1369-5614