Entropiedefinitie in de wetenschap

Verklarende woordenlijst scheikunde en natuurkunde Definitie van entropie

Entropie is een maat voor de wanorde of willekeur van een systeem. PM-afbeeldingen/Getty-afbeeldingen

Entropie is een belangrijk concept in de natuurkunde en chemie , plus het is van toepassing op andere disciplines, waaronder: kosmologie en economie. In de natuurkunde maakt het deel uit van de thermodynamica. In de chemie is het een kernbegrip infysische chemie.

Belangrijkste afhaalrestaurants: entropie

• Entropie is een maat voor de willekeur of wanorde van een systeem.
• De waarde van entropie hangt af van de massa van een systeem. Het wordt aangeduid met de letter S en heeft eenheden van joule per kelvin.
• Entropie kan een positieve of negatieve waarde hebben. Volgens de tweede wet van de thermodynamica kan de entropie van een systeem alleen afnemen als de entropie van een ander systeem toeneemt.

Entropie Definitie

Entropie is de maat voor de wanorde van een systeem. Het is een uitgebreide eigendom van een thermodynamisch systeem, wat betekent dat de waarde ervan verandert afhankelijk van de hoeveelheid er toe doen dat is aanwezig. In vergelijkingen wordt entropie meestal aangeduid met de letter S en heeft eenheden van joules per kelvin (J⋅K⁻¹) of kg⋅m^twees⁻²K⁻¹. Een sterk geordend systeem heeft een lage entropie.

Entropievergelijking en berekening

Er zijn meerdere manieren om entropie te berekenen, maar de twee meest voorkomende vergelijkingen zijn voor omkeerbare thermodynamische processen en isotherme (constante temperatuur) processen .

Entropie van een omkeerbaar proces

Bij het berekenen van de entropie van een omkeerbaar proces worden bepaalde aannames gedaan. Waarschijnlijk de belangrijkste veronderstelling is dat elke configuratie binnen het proces even waarschijnlijk is (wat het eigenlijk niet is). Gegeven gelijke kans op uitkomsten, entropie is gelijk aan de constante van Boltzmann (k_B) vermenigvuldigd met de natuurlijke logaritme van het aantal mogelijke toestanden (W):

S = k_Bln

De constante van Boltzmann is 1,38065 × 10−23 J/K.

Entropie van een isotherm proces

Calculus kan worden gebruikt om de integraal van te vinden dQ / T van de begintoestand naar de eindtoestand, waarbij: Q is warmte en T is de absolute (Kelvin) temperatuur van een systeem.

Een andere manier om dit te verklaren is dat de verandering in entropie ( S ) is gelijk aan de verandering in warmte ( Q ) gedeeld door de absolute temperatuur ( T ):

S = Q / T

Entropie en interne energie

In de fysische chemie en thermodynamica relateert een van de meest bruikbare vergelijkingen entropie aan de interne energie (U) van een systeem:

van = T dS - p dV

Hier, de verandering in interne energie van is gelijk aan absolute temperatuur T vermenigvuldigd met de verandering in entropie minus externe druk p en de verandering in volume IN .

Entropie en de tweede wet van de thermodynamica

De tweede wet van de thermodynamica geeft de totale entropie van a gesloten systeem kan niet afnemen. Echter, binnen een systeem, entropie van één systeem kan afnemen door de entropie van een ander systeem te verhogen.

Entropie en hitte Dood van het heelal

Sommige wetenschappers voorspellen dat de entropie van het universum zal toenemen tot het punt waarop de willekeur een systeem creëert dat niet in staat is tot nuttig werk. Wanneer alleen thermische energie overblijft, zou het universum zijn gestorven aan de hittedood.

Andere wetenschappers betwisten echter de theorie van hittedood. Sommigen zeggen dat het universum als systeem verder van de entropie af beweegt, zelfs als gebieden binnen het systeem in entropie toenemen. Anderen beschouwen het universum als onderdeel van een groter systeem. Weer anderen zeggen dat de mogelijke toestanden niet even waarschijnlijk zijn, dus gewone vergelijkingen om entropie te berekenen zijn niet geldig.

Voorbeeld van entropie

Een blok ijs zal toenemen in entropie als het smelt. Het is gemakkelijk om de toename van de wanorde van het systeem te visualiseren. IJs bestaat uit watermoleculen die aan elkaar zijn gebonden in een kristalrooster. Terwijl ijs smelt, krijgen moleculen meer energie, verspreiden ze zich verder uit elkaar en verliezen ze structuur om een ​​vloeistof te vormen. Evenzo verhoogt de faseverandering van een vloeistof naar een gas, zoals van water naar stoom, de energie van het systeem.

Aan de andere kant kan energie afnemen. Dit gebeurt als stoom in water verandert of als water in ijs verandert. De tweede wet van de thermodynamica wordt niet geschonden omdat de materie zich niet in een gesloten systeem bevindt. Terwijl de entropie van het bestudeerde systeem kan afnemen, neemt die van de omgeving toe.

Entropie en tijd

Entropie wordt vaak de genoemd pijl van de tijd omdat materie in geïsoleerde systemen de neiging heeft om van orde naar wanorde te gaan.

bronnen

• Atkins, Peter; Julio DePaula (2006). Fysische chemie (8e ed.). Oxford Universiteit krant. ISBN 978-0-19-870072-2.
• Chang, Raymond (1998). Chemie (6e ed.). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
• Clausius, Rudolf (1850). Over de drijfkracht van warmte, en over de wetten die daaruit kunnen worden afgeleid voor de theorie van warmte . Poggendorff's Annalen van Physick , 79 (Dover-herdruk). ISBN 978-0-486-59065-3.
• Landsberg, P.T. (1984). 'Kunnen entropie en 'Order' samen toenemen?'. Natuurkunde Brieven . 102A (4): 171-173. doei: 10.1016/0375-9601(84)90934-4
• Watson, JR; Carson, EM (mei 2002). ' Het begrip van niet-gegradueerde studenten van entropie en Gibbs vrije energie .' Universitair scheikundeonderwijs . 6 (1): 4. ISSN 1369-5614