Entropie ist ein wichtiges Konzept in der Physik und ChemieAußerdem kann es auf andere Disziplinen angewendet werden, einschließlich Kosmologie und Wirtschaft. In der Physik ist es Teil der Thermodynamik. In der Chemie ist es ein Kernkonzept in physikalische Chemie.
Key Takeaways: Entropie
- Die Entropie ist ein Maß für die Zufälligkeit oder Störung eines Systems.
- Der Wert der Entropie hängt von der Masse eines Systems ab. Es wird mit dem Buchstaben S bezeichnet und hat Einheiten von Joule pro Kelvin.
- 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.
Entropiedefinition
Die Entropie ist das Maß für die Störung eines Systems. Es ist ein umfangreicher Besitz eines thermodynamischen Systems, was bedeutet, dass sich sein Wert in Abhängigkeit von der Menge von ändert Angelegenheit das ist vorhanden. In Gleichungen wird Entropie üblicherweise mit den Buchstaben S und bezeichnet
hat Einheiten von Joule pro Kelvin (J⋅K−1) oder kg⋅m2⋅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 entspricht die Entropie der Boltzmann-Konstante (kB.) multipliziert mit dem natürlichen Logarithmus der Anzahl möglicher Zustände (W):
S = kB. In W.
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 Ausgangszustand bis zum Endzustand, wo Q. ist Wärme und T. ist der absolute (Kelvin) Temperatur eines Systems.
Eine andere Möglichkeit, dies festzustellen, ist die Änderung der Entropie (ΔS) entspricht der Wärmeänderung (ΔQ) geteilt durch die absolute Temperatur (T.):
ΔS = ΔQ / 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:
dU = T dS - p dV
Hier die Veränderung der inneren Energie dU entspricht der absoluten Temperatur T. multipliziert mit der Änderung der Entropie minus dem äußeren Druck p und die Änderung der Lautstärke V..
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 können Abnahme durch Erhöhung der Entropie eines anderen Systems.
Entropie und Hitzetod des Universums
Einige Wissenschaftler sagen voraus, dass die Entropie des Universums bis zu dem Punkt ansteigen wird, an dem die Zufälligkeit ein System schafft, das nicht in der Lage ist, nützliche Arbeit zu leisten. Wenn nur noch Wärmeenergie übrig bleibt, soll das Universum an Hitzetod gestorben sein.
Andere Wissenschaftler bestreiten jedoch die Theorie des Hitzetodes. Einige sagen, dass sich das Universum als System weiter von der Entropie entfernt, selbst wenn die Entropie der Bereiche in ihm zunimmt. Andere betrachten das Universum als Teil eines größeren Systems. Wieder andere sagen, dass die möglichen Zustände nicht die gleiche Wahrscheinlichkeit haben, so dass gewöhnliche Gleichungen zur Berechnung der Entropie nicht gültig sind.
Beispiel für Entropie
Ein Eisblock wird zunehmen Entropie wie es schmilzt. Es ist einfach, die Zunahme der Störung des Systems zu visualisieren. Eis besteht aus Wassermolekülen, die in einem Kristallgitter miteinander verbunden sind. Wenn Eis schmilzt, gewinnen Moleküle mehr Energie, breiten sich weiter auseinander und verlieren an Struktur, um eine Flüssigkeit zu bilden. In ähnlicher Weise 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 tritt auf, wenn Dampf die Phase in Wasser oder Wasser in Eis ändert. 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 bezeichnet Pfeil der Zeit weil Materie in isolierten Systemen dazu neigt, sich von Ordnung zu Unordnung zu bewegen.
Quellen
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