Entropiedefinition in der Wissenschaft

Entropie ist ein wichtiges Konzept in Physik und Chemie und kann auf andere Disziplinen, einschließlich Kosmologie und Ökonomie, angewendet werden. In der Physik ist es Teil der Thermodynamik. In der Chemie ist es ein Kernkonzept der physikalischen Chemie.

Schlüsselfunktionen: Entropie

• Die Entropie ist ein Maß für die Zufälligkeit oder Unordnung 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.
• Die 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 eine weitreichende Eigenschaft eines thermodynamischen Systems, dh sein Wert ändert sich in Abhängigkeit von der Menge der vorhandenen Materie. In Gleichungen wird Entropie gewöhnlich mit dem Buchstaben S bezeichnet und hat Einheiten von Joule pro Kelvin (J (K⁻¹) oder kg⋅m²⋅s⁻²⋅K⁻¹. Ein hochgeordnetes System hat eine niedrige Entropie.

Entropie-Gleichung und Berechnung

Es gibt mehrere Möglichkeiten zur Berechnung der Entropie, die beiden häufigsten Gleichungen beziehen sich jedoch auf reversible thermodynamische Prozesse und isotherme Prozesse (Prozesse mit konstanter Temperatur).

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 ist die Entropie gleich der Boltzmannschen Konstante (k_B) multipliziert mit dem natürlichen Logarithmus der Anzahl möglicher Zustände (W):

S = k_B ln 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 die absolute (Kelvin) Temperatur eines Systems.

Eine andere Möglichkeit, dies festzustellen, besteht darin, dass die Änderung der Entropie (ΔS) entspricht der Änderung der Wärme (ΔQ) dividiert durch die absolute Temperatur (T):

ΔS = ΔQ / T

Entropie und innere Energie

In der physikalischen Chemie und Thermodynamik bezieht sich eine der nützlichsten Gleichungen auf die Entropie der inneren Energie (U) eines Systems:

dU = T dS - p dV

Hier die Veränderung der inneren Energie dU entspricht der absoluten Temperatur T multipliziert mit der Entropieänderung minus dem äußeren Druck p und die Volumenänderung V.