מהי אנטרופיה ואיך מחשבים אותה

אנטרופיה מוגדרת כמדד הכמותי של הפרעה או אקראיות במערכת. הרעיון יוצא תרמודינמיקה, העוסק בהעברת אנרגיית חום בתוך מערכת. במקום לדבר על סוג כלשהו של "אנטרופיה מוחלטת", פיזיקאים בדרך כלל דנים בשינוי האנטרופיה המתרחשת באופן ספציפי תהליך תרמודינמי.

מקשי מפתח: חישוב אנטרופיה

בספר תהליך איזותרמי, השינוי באנטרופיה (דלתא-ס) הוא השינוי בחום (שמחולק על ידי טמפרטורה מוחלטת (ט):

דלתא-ס = ש/ט

בכל תהליך תרמודינמי הפיך, ניתן לייצג אותו בחישוב כאינטגרל ממצבו ההתחלתי של התהליך למצב הסופי שלו dQ/ט. במובן כללי יותר, אנטרופיה היא מדד להסתברות וההפרעה המולקולרית של מערכת מקרוסקופית. במערכת שניתן לתאר אותה על ידי משתנים, משתנים אלה עשויים לקבל מספר מסוים של תצורות. אם כל תצורה סבירה באותה מידה, האנטרופיה היא הלוגריתם הטבעי של מספר התצורות, כפול הקבוע של בולצמן:

S = k_ב ב W

כאשר S היא אנטרופיה, ק_ב הוא הקבוע של בולצמן, אני הוא הלוגריתם הטבעי, ו- W מייצג את מספר המצבים האפשריים. הקבוע של בולצמן שווה ל 1.38065 × 10⁻²³ J / K.

אנטרופיה נחשבת לנכס נרחב של חומר המתבטא במונחים של אנרגיה מחולק לפי טמפרטורה. ה יחידות SI של אנטרופיה הם J / K (ג'ול / מעלות קלווין).

דרך אחת לקבוע את החוק השני של התרמודינמיקה הוא כדלקמן: בכל מערכת סגורה, האנטרופיה של המערכת תישאר קבועה או תגבר.

ניתן לראות זאת באופן הבא: הוספת חום למערכת גורמת להאצת המולקולות והאטומים. יתכן ואפשר (אם כי מסובך) להפוך את התהליך במערכת סגורה מבלי לשאוב אנרגיה או לשחרר אנרגיה במקום אחר כדי להגיע למצב ההתחלתי. לעולם לא תוכלו לקבל את המערכת כולה "פחות אנרגטית" מאשר כשהיא התחילה. לאנרגיה אין לאן ללכת. עבור תהליכים בלתי הפיכים האנטרופיה המשולבת של המערכת וסביבתה תמיד גדלה.

השקפה זו על החוק השני של התרמודינמיקה פופולרית מאוד והיא נוצלה לרעה. יש הטוענים כי החוק השני של התרמודינמיקה פירושו שמערכת לעולם אינה יכולה להיות מסודרת יותר. זה לא נכון. זה פשוט אומר שכדי להיות מסודרים יותר (כדי שהאנטרופיה תקטן), עליכם להעביר אנרגיה ממקום כלשהו מחוץ למערכת, למשל כאשר אישה בהריון שואבת אנרגיה מהמזון כדי לגרום לביצית המופרית להיווצר תינוק. זה תואם לחלוטין את הוראות החוק השני.

אנטרופיה ידועה גם כהפרעה, כאוס ואקראיות, אם כי שלושת המילים נרדפות לא מדויקות.

מונח קשור הוא "אנטרופיה מוחלטת", שמסומן על ידי ס ולא ΔS. אנטרופיה מוחלטת מוגדרת על פי החוק השלישי של התרמודינמיקה. כאן מיושם קבוע ההופך אותה כך שהאנטרופיה באפס מוחלט מוגדרת לאפס.