Wat is entropie en hoe dit te berekenen

Entropie wordt gedefinieerd als de kwantitatieve maat voor wanorde of willekeur in een systeem. Het concept komt voort uit de thermodynamica, die betrekking heeft op de overdracht van warmte-energie binnen een systeem. In plaats van te praten over een vorm van 'absolute entropie', bespreken fysici in het algemeen de verandering in entropie die plaatsvindt in een specifiek thermodynamisch proces.

Belangrijkste afhaalrestaurants: Entropie berekenen

• Entropie is een maat voor de waarschijnlijkheid en de moleculaire stoornis van een macroscopisch systeem.
• Als elke configuratie even waarschijnlijk is, is de entropie de natuurlijke logaritme van het aantal configuraties, vermenigvuldigd met de constante van Boltzmann: S = k_B ln W
• Om entropie te verminderen, moet u energie van ergens buiten het systeem overbrengen.

Hoe entropie te berekenen

In een isotherm proces, de verandering in entropie (delta-S) is de verandering in warmte (Q) gedeeld door de absolute temperatuur (T):

delta-S = Q/T

In elk omkeerbaar thermodynamisch proces kan het in de calculus worden weergegeven als de integraal van de initiële toestand van een proces tot de uiteindelijke toestand van dQ/T. In meer algemene zin is entropie een maat voor de waarschijnlijkheid en de moleculaire stoornis van een macroscopisch systeem. In een systeem dat kan worden beschreven door variabelen, kunnen die variabelen een bepaald aantal configuraties aannemen. Als elke configuratie even waarschijnlijk is, is de entropie de natuurlijke logaritme van het aantal configuraties, vermenigvuldigd met de constante van Boltzmann:

S = k_B ln W

waar S entropie is, k_B is de constante van Boltzmann, ln is de natuurlijke logaritme en W staat voor het aantal mogelijke toestanden. De constante van Boltzmann is gelijk aan 1.38065 × 10^-23 J / K.

Eenheden van entropie

Entropie wordt beschouwd als een uitgebreide eigenschap van materie die wordt uitgedrukt in termen van energie gedeeld door temperatuur. De SI entropie-eenheden zijn J / K (joules / graden Kelvin).

Entropie en de tweede wet van de thermodynamica

Een manier om de tweede wet van de thermodynamica te vermelden is als volgt: in elk gesloten systeem zal de entropie van het systeem ofwel constant blijven of toenemen.

Je kunt dit als volgt zien: door warmte toe te voegen aan een systeem versnellen de moleculen en atomen. Het kan mogelijk (hoewel lastig) zijn om het proces in een gesloten systeem om te keren zonder energie te onttrekken of ergens anders energie af te geven om de begintoestand te bereiken. Je kunt nooit het hele systeem "minder energiek" krijgen dan toen het begon. De energie kan nergens heen. Voor onomkeerbare processen neemt de gecombineerde entropie van het systeem en zijn omgeving altijd toe.

Misvattingen over entropie

Deze visie op de tweede wet van de thermodynamica is erg populair en is misbruikt. Sommigen beweren dat de tweede wet van de thermodynamica betekent dat een systeem nooit ordelijker kan worden. Dit is niet waar. Het betekent alleen dat om meer ordelijk te worden (om entropie te verminderen), je energie van ergens buiten het systeem moet overbrengen, zoals wanneer een zwangere vrouw energie uit voedsel haalt om het bevruchte ei tot een baby te laten vormen. Dit is volledig in overeenstemming met de bepalingen van de tweede wet.

Entropie is ook bekend als wanorde, chaos en willekeur, hoewel alle drie synoniemen onnauwkeurig zijn.

Absolute entropie

Een gerelateerde term is "absolute entropie", aangeduid met S liever dan AS. Absolute entropie wordt gedefinieerd volgens de derde wet van de thermodynamica. Hier wordt een constante toegepast waardoor de entropie op absoluut nul wordt gedefinieerd als nul.