Entropiedefinition in der Wissenschaft

Chemie und Physik Glossar Definition von Entropie

Entropie ist ein Maß für die Unordnung oder Zufälligkeit eines Systems. PM-Bilder/Getty-Bilder

Entropie ist ein wichtiger Begriff in der Physik und Chemie , plus es gilt für andere Disziplinen, einschließlich Kosmologie und Wirtschaft. In der Physik ist es Teil der Thermodynamik. In der Chemie ist es ein Kernkonzept inphysikalische Chemie.

SCHLUSSELERKENNTNISSE: Entropie

• Entropie ist ein Maß für die Zufälligkeit oder Unordnung eines Systems.
• Der Wert der Entropie hängt von der Masse eines Systems ab. Es wird mit dem Buchstaben S bezeichnet und hat die Einheit Joule pro Kelvin.
• Die Entropie kann einen positiven oder negativen Wert haben. Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik kann die Entropie eines Systems nur abnehmen, wenn die Entropie eines anderen Systems zunimmt.

Entropie-Definition

Entropie ist das Maß für die Unordnung eines Systems. Es ist ein umfangreicher Besitz eines thermodynamischen Systems, was bedeutet, dass sich sein Wert in Abhängigkeit von der Menge ändert Angelegenheit das ist vorhanden. In Gleichungen wird Entropie normalerweise mit den Buchstaben S und bezeichnet Einheiten hat von Joule pro Kelvin (J⋅K⁻¹) oder kg⋅m^zwei⋅s⁻²⋅K⁻¹. Ein hochgeordnetes System hat eine niedrige Entropie.

Entropiegleichung und -berechnung

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Entropie zu berechnen, aber die beiden häufigsten Gleichungen gelten für reversible thermodynamische Prozesse und isotherme (konstante Temperatur) Prozesse .

Entropie eines reversiblen Prozesses

Bei der Berechnung der Entropie eines reversiblen Prozesses werden bestimmte Annahmen getroffen. Die wahrscheinlich wichtigste Annahme ist, dass jede Konfiguration innerhalb des Prozesses gleich wahrscheinlich ist (was möglicherweise nicht der Fall ist). Bei gleicher Wahrscheinlichkeit der Ergebnisse ist die Entropie gleich der Boltzmann-Konstante (k_B) multipliziert mit dem natürlichen Logarithmus der Anzahl möglicher Zustände (W):

S = k_Bln

Die Boltzmann-Konstante beträgt 1,38065 × 10−23 J/K.

Entropie eines isothermen Prozesses

Kalkül kann verwendet werden, um das Integral von zu finden dQ / T vom Anfangszustand zum Endzustand, wo Q ist Hitze und T ist der absolute (Kelvin) Temperatur eines Systems.

Eine andere Möglichkeit, dies auszudrücken, ist, dass die Änderung der Entropie ( S ) gleich der Wärmeänderung ( Q ) dividiert durch die absolute Temperatur ( T ):

S = Q / T

Entropie und innere Energie

In der physikalischen Chemie und Thermodynamik bezieht eine der nützlichsten Gleichungen die Entropie auf die innere Energie (U) eines Systems:

aus = T dS - p dV

Hier die Änderung der inneren Energie aus gleich der absoluten Temperatur T multipliziert mit der Entropieänderung minus Außendruck p und die Volumenänderung IN .

Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik

Das Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik gibt die Gesamtentropie von a an geschlossenes System kann nicht abnehmen. Innerhalb eines Systems jedoch Entropie eines Systems kann Abnahme durch Erhöhen der Entropie eines anderen Systems.

Entropie und Hitzetod des Universums

Einige Wissenschaftler sagen voraus, dass die Entropie des Universums bis zu dem Punkt zunehmen wird, an dem die Zufälligkeit ein System schafft, das zu keiner nützlichen Arbeit fähig ist. Wenn nur thermische Energie übrig bleibt, würde man sagen, dass das Universum am Hitzetod gestorben ist.

Andere Wissenschaftler bestreiten jedoch die Theorie des Hitzetodes. Einige sagen, dass sich das Universum als System weiter von der Entropie entfernt, selbst wenn Bereiche darin an Entropie zunehmen. Andere betrachten das Universum als Teil eines größeren Systems. Wieder andere sagen, dass die möglichen Zustände nicht die gleiche Wahrscheinlichkeit haben, sodass gewöhnliche Gleichungen zur Berechnung der Entropie nicht gültig sind.

Beispiel für Entropie

Ein Eisblock wird sich vergrößern Entropie wie es schmilzt. Es ist leicht, sich die Zunahme der Unordnung des Systems vorzustellen. Eis besteht aus Wassermolekülen, die in einem Kristallgitter aneinander gebunden sind. Wenn Eis schmilzt, gewinnen Moleküle mehr Energie, breiten sich weiter aus und verlieren ihre Struktur, um eine Flüssigkeit zu bilden. Ebenso erhöht der Phasenwechsel von einer Flüssigkeit zu einem Gas, wie von Wasser zu Dampf, die Energie des Systems.

Auf der anderen Seite kann die Energie abnehmen. Dies geschieht, wenn Dampf seine Phase in Wasser ändert oder wenn Wasser zu Eis wird. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik wird nicht verletzt, da sich die Materie nicht in einem geschlossenen System befindet. Während die Entropie des untersuchten Systems abnehmen kann, nimmt die der Umgebung zu.

Entropie und Zeit

Entropie wird oft als die bezeichnet Pfeil der Zeit weil Materie in isolierten Systemen dazu neigt, sich von Ordnung zu Unordnung zu bewegen.

Quellen

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• Landsberg, P.T. (1984). 'Können Entropie und 'Ordnung' gemeinsam zunehmen?'. Physik Briefe . 102A (4): 171–173. doi: 10.1016/0375-9601(84)90934-4
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