Как вычислить энтропию?

Энтропия

Энтропия, хаос, беспорядок, порядок

Энтропия определяется как количественная мера беспорядка или случайности в системе.

Определение исходит из термодинамики, которая связана с передачей тепловой энергии внутри системы. Вместо того, чтобы говорить о какой-то форме «абсолютной энтропии», физики обычно говорят об изменении энтропии, которое происходит в определенном термодинамическом процессе.

Расчет энтропии

В изотермическом процессе изменение энтропии ΔS (дельта-S) представляет собой изменение тепла (Q), деленное на абсолютную температуру (T):

ΔS = Q/T

В любом обратимом термодинамическом процессе он может быть представлен в исчислении как интеграл от начального состояния процесса до его конечного состояния dQ/T.

В более общем смысле энтропия является мерой вероятности и молекулярным расстройством макроскопической системы. В системе, которая может быть описана переменными, существует определенное количество конфигураций, которые могут принимать эти переменные. Если каждая конфигурация одинаково вероятна, то энтропия является естественным логарифмом числа конфигураций, умноженным на постоянную Больцмана.

S = kB*lnW, где

S — энтропия,

kB — постоянная Больцмана,

ln — натуральный логарифм,

W — число возможных состояний. Константа Больцмана равна 1,38065 × 10-23 Дж / К.

Единицы энтропии

Энтропия считается обширным свойством вещества, которое выражается через энергию, деленную на температуру. Единицы энтропии СИ — J / K (джоули / градусы Кельвина).

Энтропия и второй закон термодинамики

Один из способов изложить второй закон термодинамики:

В любой замкнутой системе энтропия системы будет либо оставаться постоянной, либо увеличиваться.

Один из способов увидеть это — то, что добавление тепла в систему приводит к ускорению молекул и атомов. Возможно, возможно (хотя и сложно) обратить вспять процесс в замкнутой системе (то есть без какой-либо энергии или отпустить энергию где-то еще), чтобы достичь начального состояния, но вы никогда не сможете сделать всю систему «менее энергичной», чем она была потому что энергии просто некуда идти. Для необратимых процессов комбинированная энтропия системы и ее окружения всегда увеличивается.

Заблуждения об энтропии

Этот взгляд на второй закон термодинамики очень популярен, и он был использован неправильно. Некоторые утверждают, что второй закон термодинамики означает, что система никогда не может стать более упорядоченной. Не правда. Это просто означает, что для того, чтобы стать более упорядоченным (для уменьшения энтропии), вы должны передавать энергию из какой-то системы, например, когда беременная женщина потребляет энергию из пищи, чтобы превратить оплодотворенное яйцо в полноценного ребенка.

Под энтропией так же понимают меру: беспорядка, хаоса, случайности (все три не очень точные синонимы)

Абсолютная энтропия

Связанный термин — «абсолютная энтропия», который обозначается S, а не ΔS. Абсолютная энтропия определяется в соответствии с третьим законом термодинамики. Здесь применяется константа, которая делает так, чтобы энтропия в абсолютном нуле определялась как нуль.