آنتروپی چیست و چگونه می توان آن را محاسبه کرد

0

آنتروپی به عنوان اندازه گیری کمی از اختلال یا تصادفی در یک سیستم تعریف می شود. این مفهوم از ترمودینامیک بیرون می آید ، که به انتقال انرژی گرما در یک سیستم می پردازد. فیزیک دانان به جای اینکه در مورد نوعی “آنتروپی مطلق” صحبت کنند ، معمولاً در مورد تغییر آنتروپ که در یک فرایند خاص ترمودینامیکی اتفاق می افتد بحث می کنند .

راههای کلیدی: محاسبه آنتروپی

  • آنتروپی اندازه گیری احتمال و اختلال مولکولی یک سیستم ماکروسکوپی است.
  • اگر هر پیکربندی به همان اندازه محتمل باشد ، آنتروپ لگاریتم طبیعی تعداد تنظیمات است ، ضرب شده توسط ثابت بولتزمن: S = k B  ln W
  • برای کاهش آنتروپی ، باید انرژی را از جایی خارج از سیستم انتقال دهید.

چگونه آنتروپی را محاسبه کنیم

در یک فرآیند ایزوترمال ، تغییر در آنتروپی (دلتا- S ) تغییر در گرما ( Q ) است که با درجه حرارت مطلق ( T ) تقسیم می شود:

دلتا- S  =  Q / T

در هر فرآیند ترمودینامیکی برگشت پذیر ، می توان آن را به عنوان انتگرال از حالت اولیه یک فرآیند تا حالت نهایی آن از dQ / T نشان داد. به معنای کلی تر ، آنتروپی یک اندازه گیری از احتمال و اختلال مولکولی یک سیستم ماکروسکوپی است. در سیستمی که توسط متغیرها قابل توصیف است ، این متغیرها ممکن است تعداد مشخصی از پیکربندی ها را فرض کنند. اگر هر پیکربندی به همان اندازه محتمل باشد ، آنتروپ لگاریتم طبیعی تعداد تنظیمات است ، ضرب شده توسط ثابت بولتزمن:

S = k B  ln W

جایی که S آنتروپ باشد ، k B ثابت بولتزمن است ، ln لگاریتم طبیعی است ، و W تعداد حالت های ممکن را نشان می دهد. ثابت بولتزمن برابر است با 1.3 65 1.38065  J 23 J J / K.

واحدهای آنتروپی

آنتروپی یک ماده گسترده ماده است که از نظر انرژی تقسیم شده با دما بیان می شود. واحدهای SI آنتروپ می J / K (ژول / درجه کلوین).

آنتروپی و قانون دوم ترمودینامیک

یکی از راه های تصریح قانون دوم ترمودینامیک به شرح زیر است: در هر  سیستم بسته ، آنتروپی سیستم یا ثابت می ماند یا افزایش می یابد.

شما می توانید این را به شرح زیر مشاهده کنید: اضافه کردن گرما به یک سیستم باعث سرعت بخشیدن به مولکول ها و اتم ها می شود. ممکن است امکان پذیر باشد (هرچند که مشکل باشد) که فرآیند را در یک سیستم بسته معکوس کند بدون اینکه از انرژی خارج شود یا انرژی دیگری را در جایی دیگر آزاد کند تا به حالت اولیه برسد. شما هرگز نمی توانید کل سیستم را “کم انرژی تر” از زمان شروع کار کنید. انرژی جایی برای رفتن ندارد. برای فرآیندهای برگشت ناپذیر ، آنتروپی ترکیبی سیستم و محیط آن همیشه افزایش می یابد.

تصورات غلط درباره آنتروپی

این دیدگاه از قوانین ترمودینامیک قانون دوم ترمودینامیک بسیار محبوب است و از آن سوء استفاده شده است. برخی معتقدند قانون دوم ترمودینامیک به این معنی است که یک سیستم هرگز نمی تواند نظم بیشتری پیدا کند. این واقعیت ندارد. این بدان معنی است که برای منظم تر شدن (برای کاهش آنتروپی) ، شما باید انرژی را از جایی خارج از سیستم منتقل کنید ، مانند زمانی که یک زن باردار انرژی را از مواد غذایی جذب می کند تا باعث شود تخم بارور شده در کودک شکل بگیرد. این کاملاً مطابق با مفاد قانون دوم است.

آنتروپی همچنین به عنوان بی نظمی ، هرج و مرج و تصادفی شناخته می شود ، گرچه هر سه مترادف نامشخص هستند.

آنتروپی مطلق

یک اصطلاح مرتبط با آن “آنتروپی مطلق” است که توسط S به جای ΔS مشخص می شود . آنتروپ مطلق طبق قانون سوم ترمودینامیک تعریف شده است. در اینجا یک ثابت استفاده می شود که باعث می شود آنتروپ در صفر مطلق صفر تعریف شود.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.