Motor de gasoil.
Cicle dièsel

Motor endotèrmic
Caixa de canvis

Entropia

Entropia

A la termodinàmica clàssica, el primer camp en el qual es va introduir l'entropia, S és una funció d'estat d'un sistema en equilibri termodinàmic, que, mitjançant la quantificació de la manca de disponibilitat d'un sistema per produir treball, s'introdueix juntament amb el segon principi de la termodinàmica. Sobre la base d'aquesta definició, podem dir, en forma explicativa, però no estricta, que quan un sistema es mou d'un estat d'equilibri ordenar a un desordenat augmenta la seva entropia; aquest fet proporciona indicacions sobre la direcció en la qual un sistema evoluciona espontàniament.

Entropia i desordre

El concepte d'entropia és força complex i per comprendre plenament el seu significat és necessari almenys un coneixement bàsic de la termodinàmica i la mecànica quàntica; De fet, hi ha almenys dues definicions estrictes d'entropia: una definició macroscòpica, proporcionada per la termodinàmica i una definició microscòpica, proporcionada per la mecànica quàntica.

No obstant això, és possible donar una explicació simplificada de l'entropia, interpretant-la com el "grau de desordre" d'un sistema. Per tant, un augment en el "desordre" d'un sistema s'associa amb un augment en l'entropia, mentre que una disminució en el "desordre" d'un sistema s'associa amb una disminució de l'entropia; No obstant això, cal aclarir que el trastorn és relatiu, per aquesta raó l'explicació simplificada no és equivalent a l'exacta, però serveix per representar el concepte.

Altres sistemes que poden prendre diferents graus de desordre són els materials metàl·lics. De fet, poden prendre les següents estructures:

  • Estructura cristal·lina (ordenada): els àtoms estan disposats de manera ordenada; una estructura cristal·lina es compon de diverses "cèl·lules" de totes maneres, repetint-se en l'espai; en aquest cas parlem de "ordre de llarg abast"
  • Estructura policristalina (parcialment ordenada): hi ha més "vidres" (estructures ordenades) dins del material; en aquest cas, parlem de "ordre de curt abast";
  • Estructura amorfa (desordenada): els àtoms estan disposats d'una manera completament desordenada; no hi ha ordre de curt abast ni ordre de llarg abast.

El trastorn de les estructures de material metàl·lic també augmenta en presència dels denominats "defectes cristal·lins" (incloent la inclusió de tipus altres àtoms o la manca d'un àtom en una posició de gelosia), la presència dels quals condueix a un augment del contingut entròpica del material.

Postulat d'entropia

Una propietat fonamental, també anomenada (incorrectament) postulat d'entropia, estableix que en un sistema aïllat l'entropia S del sistema mai disminueix i, durant un procés ordinari irreversible, augmenta. La demostració és la següent: considerar un sistema aïllat, tant mecànica com tèrmicament, que, a causa d'una pertorbació interna, condueix des d'un estat 1 a un estat 2. Ser entropia una funció de l'estat, per definició, la variació de la mateixa no depèn del camí seguit, sinó de l'estat inicial i final, és possible concebre un procés reversible que ens porti de 2 a 1.

Energia i entropia

Suposant que tot l'univers és un sistema aïllat, és a dir, un sistema per el qual és impossible intercanviar matèria i energia amb l'exterior, el primer i segon principis de la termodinàmica es poden resumir de la següent manera:

& Ldquo; l'energia total de l'univers és constant i l'entropia total augmenta contínuament fins que arriba a un equilibri & rdquo;

Declaració vàlida per a qualsevol sistema aïllat.

Això significa que no només no pot crear ni destruir energia, ni pot transformar per complet d'una forma a una altra sense que una part es dissipi en forma de calor.

Si, per exemple, es crema un tros de carbó, la seva energia es conserva i es converteix en energia continguda en diòxid de carboni, diòxid de sofre i altres residus de combustió, així com en forma de calor. Tot i que el procés no ha perdut energia, no podem revertir el procés de combustió i recrear la peça original de carbó de les seves deixalles.

El segon principi de la termodinàmica pot, per tant, reescriure de la següent manera:

Cada vegada que una certa quantitat d'energia es converteix d'una forma a una altra, hi ha una penalització que consisteix en la degradació d'una part de l'energia en si en forma de calor. Aquesta part no serà utilitzable per produir treball.

L'estat en què l'entropia assoleix el seu valor màxim i no hi ha més energia disponible per realitzar el treball es diu estat d'equilibri. Per tot l'univers, concebut com un sistema aïllat, això significa que la conversió progressiva del treball en calor (per al principi d'augment de l'entropia total), enfront d'una massa de l'univers finit, finalment conduirà a un estat en el qual tot l'univers estarà en condicions de temperatura uniforme; l'anomenada mort tèrmica de l'Univers.

L'entropia caracteritza el vers de qualsevol transformació real com a transformació irreversible: de fet, també torna d'un estat final a un idèntic a l'estat inicial per temperatura, volum, pressió o altres paràmetres, com passa contínuament en els cicles d'una màquina tèrmica, almenys una variable la física diferia d'on vas començar: entropia (que inevitablement va augmentar).

Tota transformació real és una transformació irreversible perquè l'entropia augmenta; viceversa, la hipòtesi de la idealitat és equivalent a la hipòtesi d'una variació en l'entropia zero.

Història i definició d'entropia

El concepte d'entropia va ser introduïda a principis del segle XIX, en el context de la termodinàmica, per descriure una característica (que en general es va observar per primera vegada des de Sadi Carnot el 1824) de tots els sistemes a continuació, coneguts, en els que es va observar que les transformacions van ocórrer espontàniament en una direcció, una cap al desordre més gran.

En particular, la paraula "entropia" va ser introduïda per primera vegada per Rudolf Clausius en el seu Abhandlungen über die mechanische Wärmetheorie (Tractat sobre la teoria de la calor mecànic), publicat en 1864. En alemany, Entropie deriva del grec á¼ & nu; en, "inside", i de & tau; & rho; & omicron; & pi; ή trope, "change", "turning point", "turning" (en el model d'Energie, "energy") .. "): Per Clausius indica on acaba l'energia subministrada a un sistema correctament Clausius pretén referir-se a la relació entre el moviment cap a dins (amb el cos o sistema) i l'energia interna o calor, enllaç d'estat expressant la gran penetració de la Il·lustració, que d'alguna manera la calor hauria de referir-se al moviment mecànic de les partícules dins del cos, de fet el va definir com la relació entre la suma de petits increments (infinitesimals) de calor, dividida per la temperatura absoluta durant el canvi d'estat.

Per aclarir el concepte d'entropia podem presentar alguns exemples:

  • Col·loqui una gota de tinta en un got d'aigua: s'observa que, en lloc de romandre una gota més o menys separada de la resta de l'entorn (que seria un estat completament ordenat), la tinta comença a estendre i, en un cert temps, s'obté una barreja uniforme (estat completament desordenat). És una experiència comuna que, si bé aquest procés ocorre espontàniament, el procés invers, que separa l'aigua i la tinta, requereix energia externa.
  • Imagini un perfum contingut en un matràs ple com un conjunt de molècules puntuals amb una certa velocitat derivada de la temperatura de l'perfum. Mentre l'ampolla estigui tapada, és a dir, aïllada de la resta de l'univers, les molècules es veuran obligades a romandre dins i, en no tenir espai (l'ampolla és plena), es mantindran bastant ordenades (estat líquid). Quan l'ampolla estigui destapada, les molècules de la superfície del líquid començaran a desprendre de les altres i, topant accidentalment entre si i contra les parets de l'ampolla, sortiran d'aquesta dispersió exterior (evaporació).). Després d'un cert temps, totes les molècules s'alliberaran i dispersaran. Fins i tot si l'atzar alguna molècula cau a l'ampolla, sistema general ara està desordenat i l'energia tèrmica que ha posat en moviment el fenomen es dispersa i, per tant, ja no és recuperable (hi ha un equilibri dinàmic).

El concepte d'entropia ha vist una gran popularitat al segle XIX i del segle XX, gràcies a l'àmplia gamma de fenòmens que ajuda a descriure, fins a sortir de l'abast de la purament física i ser adoptat per les ciències socials, la teoria de el senyal, a 'la informàtica teòrica ia' economia. No obstant això, és bo tenir en compte que hi ha una classe de fenòmens, com fenòmens no lineals (tals fenòmens caòtics) pels quals les lleis de la termodinàmica (i per tant l'entropia) han de ser revisades extensivament i ja no tenen validesa general .

valoración: 3 - votos 1

Última revisió: 9 de maig de 2018