Ιδιότητες της Εντροπίας

Η εντροπία μπορεί να οριστεί με διάφορους τρόπους, επιτρέποντάς της να χρησιμοποιηθεί σε ποικίλα πλαίσια, συμπεριλαμβανομένης της θερμοδυναμικής, της κοσμολογίας, ακόμη και της οικονομίας. Η εντροπία αναφέρεται στις απροσδόκητες αλλαγές που συμβαίνουν στα καθημερινά φαινόμενα, καθώς και στην κλίση του σύμπαντος προς το χάος.

Η εντροπία είναι ένα μετρήσιμο φυσικό χαρακτηριστικό που συνδέεται συχνά με την αβεβαιότητα. Η φράση, ωστόσο, χρησιμοποιείται σε διάφορους τομείς, συμπεριλαμβανομένης της κλασικής θερμοδυναμικής, των επιστημονικών μελετών, ακόμη και της θεωρίας της πληροφορίας.

Τι είναι η Εντροπία;

Η μέτρηση της διαταραχής ή της μη προβλεψιμότητας είναι γνωστή ως εντροπία. Η τυχαιότητα μπορεί να ισχύει για ολόκληρο τον κόσμο, ένα μικροσκοπικό χημικό συμβάν ή ακόμη και την ανταλλαγή θερμότητας και τη μετάδοση θερμότητας. Η διαταραχή αναφέρεται στην ασυνέπεια ή έλλειψη ομοιογένειας ενός θερμοδυναμικού συστήματος. Δεδομένου ότι η τιμή της εντροπίας ή της αλλαγής εντροπίας εξαρτάται από το υλικό που υπάρχει σε ένα θερμοδυναμικό σύστημα, η εντροπία συμβολίζεται με το γράμμα «S.» Είναι ένα ευρύ χαρακτηριστικό. Η εντροπία είναι ένα συναρπαστικό θέμα, καθώς έρχεται σε αντίθεση με τη δημοφιλή ιδέα ότι η μεταφορά θερμότητας έχει ολοκληρωθεί. Βοηθά στην επανερμηνεία του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής.

Όσο περισσότερος αυθορμητισμός σε μια θερμοδυναμική διεργασία, τόσο μεγαλύτερη είναι η εντροπία ή ο βαθμός διαταραχής. Η εντροπία, με βασικούς όρους, μας λέει πόση ενέργεια δεν μετατρέπεται σε εργασία και αντ' αυτού συμβάλλει στην διαταραχή του συστήματος. Είναι ουσιαστικά δύσκολο να χρησιμοποιηθεί όλη η ενέργεια για την ολοκλήρωση της εργασίας, καθώς η ενέργεια παρέχει τη δύναμη για να γίνουν τα πράγματα.

Επειδή η ενέργεια δεν μπορεί να παραχθεί ή να καταστραφεί, αλλά μπορεί να μεταβληθεί από τη μια μορφή στην άλλη, η εντροπία δεν μπορεί να εκφραστεί σε ένα μόνο σημείο και πρέπει να μετρηθεί ως αλλαγή, όπως ορίζεται από το νόμο της θερμοδυναμικής.

Ιδιότητες αλλαγής εντροπίας

• Είναι συνάρτηση της θερμοδυναμικής.
• Είναι μια συνάρτηση κατάστασης, τελικά. Καθορίζεται από την κατάσταση του συστήματος και όχι από τη διαδρομή που ακολουθείται.
• Συμβολίζεται με το γράμμα S, αν και σε κανονική κατάσταση, συμβολίζεται με το γράμμα S°.
• Η εντροπία είναι μια κλιμακούμενη ιδιότητα, που σημαίνει ότι αυξάνεται ανάλογα με το μέγεθος ή το εύρος ενός συστήματος.
• Είναι ένα ευρύ χαρακτηριστικό, που σημαίνει ότι εξαρτάται αποκλειστικά από τη μάζα ενός συστήματος.
• Η εντροπία του σύμπαντος διαστέλλεται πάντα.
• Η εντροπία ενός συστήματος δεν μπορεί ποτέ να είναι μηδέν.
• Η εντροπία ενός αδιαβατικού θερμοδυναμικού συστήματος παραμένει σταθερή.
• Η μεταβολή της εντροπίας είναι αντιστρόφως ανάλογη της θερμοκρασίας, που σημαίνει ότι καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η μεταβολή της εντροπίας μειώνεται, αλλά καθώς πέφτει η θερμοκρασία, η αλλαγή στην εντροπία αυξάνεται.
• Επειδή η κατάσταση μιας κυκλικής διεργασίας δεν αλλάζει, η αλλαγή στην εντροπία είναι μηδέν.
• Για μια μη αναστρέψιμη ή αυθόρμητη διαδικασία, η μεταβολή στη συνολική εντροπία είναι μεγαλύτερη από 0.

Χαρακτηριστικά της Εντροπίας

• Η τάση του Κόσμου να έλκει προς την αταξία ή την τυχαιότητα αναφέρεται ως εντροπία.
• Η εντροπία είναι συνάρτηση της ενθαλπίας ή της ποσότητας θερμότητας που μπορεί να μετατραπεί σε εργασία.
• Η μάζα ενός θερμοδυναμικού συστήματος επηρεάζει την εντροπία του. Είναι ένα ευρύ χαρακτηριστικό, καθώς δεν επηρεάζεται από το κανάλι ανταλλαγής θερμότητας ή μετατροπής θερμότητας.
• Η εντροπία του σύμπαντος συνεχίζει να αυξάνεται.
• Η αδιαβατική διεργασία έχει σταθερή εντροπία αφού η μεταβολή της εντροπίας είναι μηδέν.

Τι είναι η αλλαγή εντροπίας;

Η αλλαγή εντροπίας μπορεί να περιγραφεί ως μια μετατόπιση της κατάστασης αταξίας ενός θερμοδυναμικού συστήματος που προκαλείται από τη μετατροπή της θερμότητας ή της εντροπίας σε εργασία. Η εντροπία είναι υψηλότερη σε ένα σύστημα με υψηλό βαθμό αταξίας.

Η εντροπία είναι ένας παράγοντας συνάρτησης κατάστασης, που σημαίνει ότι η τιμή του είναι ανεξάρτητη από την πορεία της θερμοδυναμικής διαδικασίας και είναι αποκλειστικά καθοριστικός παράγοντας της αρχικής και της τελικής κατάστασης του συστήματος.

Οι αλλαγές στην εντροπία προκαλούνται από την αναδιάταξη των ατόμων και των μορίων σε χημικές διεργασίες, η οποία αλλάζει τη βασική τάξη του συστήματος. Μπορεί να προκαλέσει αύξηση ή μείωση της μη προβλεψιμότητας του συστήματος, με αποτέλεσμα αύξηση ή μείωση της εντροπίας.

Παράγοντες Εντροπίας

Αλλαγή στη φυσική κατάσταση

Δεδομένου ότι τα σωματίδια ενός στερεού συσκευάζονται σφιχτά και διατηρούνται σε κανονικό σχέδιο, έχει τη χαμηλότερη εντροπία. Ως αποτέλεσμα, έχει μια καλά οργανωμένη δομή. Επειδή τα σωματίδια σε ένα υγρό κατανέμονται με ακανόνιστο μοτίβο, η εντροπία του υγρού είναι υψηλότερη από εκείνη ενός στερεού, παρά το γεγονός ότι τα σωματίδια εξακολουθούν να συσκευάζονται στενά μεταξύ τους.

Αλλαγή θερμοκρασίας

Η εντροπία ενός συστήματος αυξάνεται παράλληλα με τη θερμοκρασία του. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, τα σωματίδια δονούνται περισσότερο και ταξιδεύουν πιο γρήγορα (σε στερεά, υγρά και αέρια). Ως αποτέλεσμα, υπάρχει ακόμη μεγαλύτερη αναστάτωση. Η εντροπία αυξάνεται ως αποτέλεσμα αυτού.

Αλλαγή στον αριθμό των σωματιδίων

Καθώς τα σωματίδια σε ένα σύστημα μεγαλώνουν, το σύστημα γίνεται πιο ανοργάνωτο με αποτέλεσμα την αύξηση της εντροπίας.

Ανάμιξη σωματιδίων

Όταν αναμειγνύετε τα σωματίδια μεταξύ τους, δημιουργείται αναπόφευκτα περισσότερο χάος ή εντροπία.

Συμπέρασμα

Η εντροπία αυξάνεται ανάλογα με το βαθμό του χάους. Η εντροπία είναι συνάρτηση μιας ποσότητας θερμότητας που δείχνει την πιθανότητα αυτή η θερμότητα να μετατραπεί σε έργο. Όταν εφαρμόζεται θερμότητα σε υψηλότερη θερμοκρασία, η αύξηση της εντροπίας είναι μικρή, αλλά όταν εφαρμόζεται θερμότητα σε χαμηλότερη θερμοκρασία, η άνοδος είναι σημαντική. Η εντροπία είναι ένα ευρύ χαρακτηριστικό, υπονοώντας ότι καθορίζεται από τη μάζα του συστήματος και όχι από τη διαδρομή που ακολουθεί η διαδικασία.