Entropi

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi

Entropi er en ekstensiv tilstandsvariabel innen termodynamikken. Entropi et mål på graden av uorden i et termodynamisk system. Økende entropi betyr økende uorden, hvilket innebærer at mengden energi som er av en slik form at den kan utnyttes til nyttig arbeid, minker.

I følge termodynamikkens 2. lov er spontane prosesser som minker entropien i et isolert system umulige. Det vil si at for isolerte system — og i universet som helhet — vil entropien enten være konstant eller øke for hver energiomsetning som skjer i systemet. I videreføringen av dette resonnementet virker det som om universet uunngåelig nærmer seg en sluttilstand med maksimal entropi og ingen mulige termodynamiske prosesser. Dette scenariet omtales som varmedøden.

[rediger] Definisjon

Entropi er definert som forholdet mellom overført varme og absolutt temperatur.

Et systems entropiforandring ΔS defineres innen termodynamikk i SI-enheter som

, der δQ er overført varme målt i joule og T er systemets absolutte temperatur, målt i kelvin. Entropien får da den fysiske enheten joule per kelvin. Se også under termodynamikkens andre hovedsetning.

En statistisk definisjon finner vi innen den statistiske fysikken, der entropien defineres som

, der k er Boltzmanns konstant og Ω er antallet mikrotilstander som svarer til den makroskopiske tilstanden med entropien S. Denne grunnleggende oppdagelsen, at entropi kan forståes som en statistisk størrelse, ble gjort av Ludwig Boltzmann.

[rediger] Et eksempel på økende entropi

Is som smelter er et klassisk eksempel der entropien øker i et lite «univers», et termodynamisk system, som består av omgivelsene (et rom - her 25 °C, 298 K) og systemet, her definert som et glass med is og kaldt vann som har nådd termodynamisk likevekt ved smeltetemperaturen til is. I dette universet, vil noe varmeenergi, δQ, fra de varme omgivelsene (25 °C), spre seg til det kaldere systemet av is og vann med sin konstante temperatur, 0°C (273 K), smeltetemperaturen til is. Det vil si at entropien til systemet, som er δQ/T, øker med δQ/273 K. Temperaturen til systemet vil i dette tilfellet ikke øke, men en større del av det som er i glasset vil gå fra is til vann. Varmeoverføring ved faseoverganger som her kalles latent varme.

Entropien i omgivelsene minker mindre enn entropien i systemet - isen og vannet - øker. Rommets temperatur på 298 K er høyere enn isens 273 K, og endringen i entropi til omgivelsene, δQ/298 K, er dermed mindre enn endringen i entropi til systemet: δQ/273 K. Slik er det alltid i spontane reaksjoner - både endoterme og eksoterme - i et termodynamisk system. Den totale entropien for alle endringer og reaksjoner som er spontane - enten de er kjemiske eller fysiske - er alltid større enn den opprinnelige entropien.

Ettersom temperaturen til det kalde vannet øker og nærmer seg rommets temperatur (omgivelsene), kjøles rommet samtidig ned. Denne endringen er derimot umerkelig hvis rommet er stort.

[rediger] Se også

• Kuldedøden
• Varmedøden