Vad är entropi?

Entropi är ett viktigt begrepp inom fysik och kemi, plus att det kan tillämpas på andra discipliner, inklusive kosmologi och ekonomi. I fysiken är det en del av termodynamiken. I kemi är det ett kärnbegrepp i fysisk kemi.

Key Takeaways: Entropy

Entropi är måttet på störningen i ett system. Det är en omfattande egendom av ett termodynamiskt system, vilket betyder att dess värde förändras beroende på mängden materia det är närvarande. I ekvationer betecknas entropi vanligtvis med bokstaven S och har enheter av joule per kelvin (J⋅K⁻¹) eller kg⋅m²⋅s⁻²⋅K⁻¹. Ett mycket ordnat system har låg entropi.

Det finns flera sätt att beräkna entropi, men de två vanligaste ekvationerna är för reversibla termodynamiska processer och

Entropi av en reversibel process

Vissa antaganden görs vid beräkning av entropin för en reversibel process. Det viktigaste antagandet är förmodligen att varje konfiguration inom processen är lika sannolik (vilket det kanske inte är). Med tanke på lika sannolikhet för utfall är entropi lika med Boltzmanns konstant (k_B) multiplicerat med den naturliga logaritmen för antalet möjliga tillstånd (W):

S = k_B I W

Boltzmanns konstant är 1.38065 × 10−23 J / K.

Entropi av en isotermisk process

Kalkyl kan användas för att hitta integralen av dQ/T från det ursprungliga tillståndet till det slutliga tillståndet, där Q är värme och T är absolut (Kelvin) temperatur av ett system.

Ett annat sätt att säga detta är att förändringen i entropi (AS) är lika med värmeförändringen (AQ) dividerat med den absoluta temperaturen (T):

AS = AQ / T

Entropi och intern energi

Inom fysisk kemi och termodynamik hänför sig en av de mest användbara ekvationerna entropi till den inre energin (U) i ett system:

dU = T dS - p dV

Här förändringen av den inre energin dU är lika med absolut temperatur T multiplicerat med förändringen i entropi minus externt tryck p och volymförändringen V.

De termodynamikens andra lag anger den totala entropin för a stängt system kan inte minska. Men inom ett system entropi av ett system kan minska genom att höja entropin för ett annat system.

Vissa forskare förutspår att universets entropi kommer att öka till den punkt där slumpmässigheten skapar ett system som inte kan användas. När bara värmeenergi återstår sägs universum ha dött av värmedöd.

Men andra forskare bestrider teorin om värmedöd. Vissa säger att universum när ett system rör sig längre bort från entropi även när områden inom det ökar i entropin. Andra betraktar universum som en del av ett större system. Ytterligare andra säger att de möjliga tillstånden inte har lika stor sannolikhet, så vanliga ekvationer för att beräkna entropi gäller inte.

Ett isblock kommer att öka i entropi när det smälter. Det är lätt att visualisera ökningen i störningen i systemet. Is består av vattenmolekyler bundna till varandra i ett kristallgitter. När is smälter, får molekyler mer energi, sprider sig ytterligare isär och förlorar strukturen för att bilda en vätska. På samma sätt ökar fasförändringen från en vätska till en gas, eftersom från vatten till ånga ökar systemets energi.

På baksidan kan energin minska. Detta inträffar när ånga förändras fas till vatten eller när vatten förändras till is. Termodynamikens andra lag bryts inte eftersom frågan inte är i ett slutet system. Medan entropin för systemet som studeras kan minska, ökar miljön.

Entropi kallas ofta tidens pil eftersom materien i isolerade system tenderar att gå från ordning till störning.

• Atkins, Peter; Julio De Paula (2006). Fysisk kemi (8: e upplagan). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870072-2.
• Chang, Raymond (1998). Kemi (6: e upplagan). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
• Clausius, Rudolf (1850). Om värmekraftens drivkraft och de lagar som kan dras härifrån för värmeteorin. Poggendorff s Annalen der Physick, LXXIX (Dover Reprint). ISBN 978-0-486-59065-3.
• Landsberg, P.T. (1984). "Kan entropi och" beställa "öka tillsammans?". Fysikbokstäver. 102A (4): 171–173. doi:10.1016/0375-9601(84)90934-4
• Watson, J.R.; Carson, E.M. (maj 2002). "Grundläggande studenters förståelse av entropi och Gibbs fri energi." University Chemistry Education. 6 (1): 4. ISSN 1369-5614