Entropija

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži

Entropija (S) je u termodinamici funkcija stanja sustava, koju je uveo 1865. Rudolf Clausius, a definirana je izrazom:


dS = \frac {dQ}{T}

Ovdje je dQ toplina razmijenjena u reverzibilnom procesu kojim sustav prelazi iz jednog stanja u drugo, a T apsolutna temperatura.

Pojam entropija se također koristi u informatici gdje opisuje količinu informacije.

Termodinamička veličina koja opisuje stupanj nereda zove se entropija i označava se slovom S. Entropija je, kao i entalpija, funkcija stanja, što znači da ovisi samo o konačnom i početnom stanju sustava, a može imati pozitivnu i negativnu vrijednost.
Dio kemije koji se bavi proučavanjem toplinskih promjena u kemijskim reakcijama zove se termokemija.

Tvar m/J mol-1 K-1
CaCO3(S) 92,9
CaO(S) 39,8
CO2(g) 213,6
N2(g) 191,6
H2(g) 130,7
NH3(g) 192,5

Bez obzira na temperaturu i količinu topline, u povratnim (reverzibilnim) procesima u termodinamici, ukupna entropija svih dijelova sustava ostaje nepromijenjena (uključujući tu i spremnik topline sa kojim sustav koji promatramo izmjenjuje toplinu). U nepovratnim (ireverzibilnim) procesima entropija uvijek raste.

Stvarni procesi u prirodi su uvijek ireverzibilni, tj. kod njih entropija uvijek raste. Entropija je specifična u odnosu na ostale fizikalne veličine po tome što možemo reći da entropija određuje smjer (ili strijelu) vremena u makroskopskom svijetu. Stvarni smjer vremena (uobičajeni smjer, vrijeme ide prema "naprijed") je onaj u kojem se entropija makroskopskih sistema povećava ili ostaje ista.

Osobita je važnost pojma entropije u formulaciji i razumijevanju drugog zakona termodinamike.

Osim termodinamičke definicije entropije, u okviru statističke mehanike, Ludwig Boltzmann uveo je entropiju kao logaritam od ukupnog broja mikroskopskih stanja koja vode do istog makroskopskog stanja nekog sustava:

 S = - k \sum_i p_i \log p_i,\,

Ovdje je p_i vjerojatnost da odabrano mikroskopsko stanje i tvori određeno makroskopsko ravnotežno stanje.

Ako su u jednom ravnotežnom makroskopskom stanju sva mikroskopska stanja jednako vjerojatna, vrijedi:

S = k_B \ln \Omega \!

Ovdje je k_B Boltzmannova konstanta, dok je \Omega\! jednak broju svih mogućih mikroskopskih stanja koja su u skladu, tj. mogu tvoriti jedno određeno makroskopsko stanje sustava.

Ponekad se u popularnoj literaturi entropija naziva "nered u sustavu", "mjera nereda" i slično, što je neprecizna formulacija, koju treba izbjegavati. Prirodni zakoni nemaju ljudski osjećaj za "red" ili "nered".