Εντροπία

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια

Η εντροπία είναι μία εκτατική μεταβλητή ενός θερμοδυναμικού συστήματος. Η έννοια της εντροπίας είναι μία από τις σημαντικότερες έννοιες στις φυσικές επιστήμες, λόγω της διατύπωσης του Δεύτερου Θερμοδυναμικού Αξιώματος, σύμφωνα με το οποίο σε μία μεταβολή ενός απομονωμένου συστήματος η εντροπία αυξάνεται πάντοτε.
Πιό απλά η εντροπία θεωρείται ότι εκφράζει μέτρο της αταξίας ενός συστήματος. Για παράδειγμα τα σωματίδια που συγκροτούν ένα αχλάδι ή ένα σιδερένιο κρίκο βρίσκονται σε μια διάταξη στο χώρο λίγο πολύ κανονική. Όταν όμως αρχίζει να σαπίζει το αχλάδι ή να σκουριάζει ο κρίκος η διάταξη αυτή των σωματιδίων βαθμιαία αρχίζει να αποδιοργανώνεται και έτσι η εντροπία του συστήματος έκαστου των αντικειμένων ν΄ αυξάνει.

[Επεξεργασία] Ορισμός

Η απειροστή μεταβολή της εντροπίας προκύπτει από το Πρώτο Θερμοδυναμικό Αξίωμα (ή ορίζεται, αναλόγως ποια διατύπωση της Θερμοδυναμικής ακολουθείται) στη θερμοδυναμική ως το πηλίκο της απειροστής προσδιδόμενης θερμότητας (σε μια αντιστρεπτή μεταβολή) προς τη θερμοκρασία (δq=Tds). Από αυτό προκύπτει ότι η ροή θερμότητας προς ένα σύστημα έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της εντροπίας του.

[Επεξεργασία] Υπολογισμός

Η μεταβολή της εντροπίας σε μία μεταβολή μπορεί να υπολογιστεί από το ολοκλήρωμα $\int_{T_1}^{T_2}\left ( \frac{c_p}{T} \right )\, dT$ (για αντιστρεπτές μεταβολές), όπου c_p η ειδική θερμοχωρητικότητα υπό σταθερή πίεση και Τ η θερμοκρασία. Ο υπολογισμός της μεταβολής της εντροπίας για μη αντιστρεπτές μεταβολές πρέπει να γίνει υπολογίζοντας τη μεταβολή της εντροπίας σε αντιστρεπτές μεταβολές οι οποίες έχουν το ίδιο τελικό αποτέλεσμα με την μη αντιστρεπτή. Αυτό είναι δυνατόν να γίνει, καθώς η εντροπία είναι μια ιδιότητα που εξαρτάται μόνο από την κατάσταση ενός συστήματος.

Με τη χρήση του Τρίτου Θερμοδυναμικού Αξιώματος μπορεί να υπολογιστεί η εντροπία σε οποιαδήποτε θερμοκρασία, γνωρίζοντας την εξάρτηση του c_p από τη θερμοκρασία και την ενθαλπία και θερμοκρασία μεταβολής των φάσεων, από τον τύπο:

$S = \int_{0}^{T_m}\left ( \frac{c_p}{T} \right )\, dT + \frac{\Delta H_m}{T_m} + \int_{T_m}^{T_b}\left ( \frac{c_p}{T} \right )\, dT + \frac{\Delta H_b}{T_b} + \int_{T_b}^{T}\left ( \frac{c_p}{T} \right )\, dT$

T_m και Τ_b είναι οι θερμοκρασίες τήξεως και βρασμού αντίστοιχα και ΔΗ_m και ΔΗ_b οι αντίστοιχες ενθαλπίες.

[Επεξεργασία] Φυσική σημασία

Είναι αρκετά δύσκολο να δοθεί κάποια φυσική σημασία στην έννοια αυτή, καθώς δεν αντιστοιχεί προς κάποιο αισθητό στον άνθρωπο μέγεθος. Σύμφωνα με την κλασική θερμοδυναμική, εκφράζει τη δυνατότητα ενός συστήματος να παράγει μηχανικό έργο (όσο μικρότερη η εντροπία, τόσο μεγαλύτερη η δυνατότητα του συστήματος να παράγει μηχανικό έργο).

Η φυσική σημασία της εντροπίας μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι η έκφραση του μέτρου της αταξίας ενός συστήματος, σύμφωνα με την στατιστική μηχανική. Από τον Λούντβιχ Μπόλτζμαν (Ludwig Boltzmann) προτάθηκε η σχέση S = klnΩ, όπου k η σταθερά του Boltzmann και Ω ο αριθμός των μικροσκοπικών καταστάσεων στις οποιές μπορεί να βρεθεί ένα σύστημα. Η έκφραση αυτή είναι αντίστοιχη της εντροπίας πληροφοριών

Λόγω της διατύπωσης του Δεύτερου Θερμοδυναμικού Αξιώματος, η έννοια της εντροπίας είναι πολύ σημαντική στην κατανόηση της χρονικής ακολουθίας των γεγονότων σε ένα απομονωμένο σύστημα, καθώς κάθε κατάσταση του συστήματος θα έχει μεγαλύτερη εντροπία από την προηγούμενη κατάσταση.

[Επεξεργασία] Βιβλιογραφία

Κατσάνου, Ν.Α., Φυσικοχημεία, Τρίτη Έκδοση Συμπληρωμένη, Εκδόσεις Παπαζήση, Αθήνα 1993, ISBN 960-02-0448-9

Smith, J.M., Van Ness, H.C., Abbott, M.M., Εισαγωγή στη Θερμοδυναμική (μετάφραση Σοφία Κ. Πολυματίδου), 5η έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα, Θεσσαλονίκη, ISBN 960-7219-79-1

Ανακτήθηκε από "http://el.wikipedia.org../../../%CE%B5/%CE%BD/%CF%84/%CE%95%CE%BD%CF%84%CF%81%CE%BF%CF%80%CE%AF%CE%B1.html"

Κατηγορίες: Θερμοδυναμική