Menu

Termodinàmica.
Transformació de l'energia

Energia tèrmica i combustió.
Efectes de la termodinàmica

Entropia

Què és l'entropia?

L'entropia (S) és una magnitud termodinàmica definida originalment com a criteri per a predir l'evolució dels sistemes termodinàmics.

Què és l'entropia?

L'entropia és una funció d'estat de caràcter extensiu. El valor d'aquesta magnitud física, en un sistema aïllat, creix en el transcurs d'un procés que es dóna de forma natural. L'entropia descriu com és d'irreversible un sistema termodinàmic.

La paraula entropia prové del grec i significa evolució o transformació.

L'entropia en el món de la física

En física, l'entropia és la magnitud termodinàmica que permet calcular la part de l' energia calorífica que no pot utilitzar-se per produir treball si el procés és reversible. L'entropia física, en la seva forma clàssica, és definida per l'equació.

Què és l'entropia?

o més simplement, si la temperatura es manté constant en el procés 1 → 2 ( procés isotèrmic):

Així, si un cos calent a temperatura T1 perd una quantitat de calor Q1, La seva entropia disminueix en Q1 / T1, Si cedeix aquest calor a un cos fred a temperatura T2 (inferior a T1) l'entropia del cos fred augmenta més del que ha disminuït l'entropia del cos calent perquè

Què és l'entropia?

 Una màquina reversible pot, per tant, transformar en treball una part d'aquesta energia calorífica, però no tota.

El rendiment que dóna la màquina reversible (que és el màxim que pot donar qualsevol màquina) és:

Què és l'entropia?

Perquè tota l'energia calorífica es pogués transformar en treball caldria que, o bé el focus calent es trobés a una temperatura infinita, o bé que el focus fred estigués a zero kelvin; en un altre cas, el rendiment termodinàmic de la màquina reversible és inferior a 1.

L'expressió de l'entropia és conseqüència lògica del egon principi de la termodinàmica i de la manera en què es mesura la temperatura.

El segon principi de la termodinàmica diu que, si no es consumeix treball, la calor dels cossos calents als cossos freds, ja sigui directament per conducció com si es fa a través de qualsevol màquina.

La temperatura cal mesurar-la en una escala termodinàmica; d'una altra manera, l'expressió de l'entropia no és tan elegant i depèn de la substància termomètrica que s'empra per a construir el termòmetre. A l'definir l'escala termodinàmica de temperatura, hi ha un grau de llibertat que es pot escollir arbitràriament. Si s'imposa que entre la temperatura d'ebullició i la de congelació de l'aigua hagi 100 graus, s'obté l' escala Kelvin i resulta que la temperatura de congelació de l'aigua ha de ser 273 K.

Per què no és possible conèixer l'entropia absoluta?

En el món real no és possible determinar l'entropia absoluta d'un sistema per què seria necessari poder arribar a el 0 absolut.

Per arribar a l'0 absolut, el sistema primer ha de refredar a zero absolut perquè les molècules ja no es moguin i, a més, les molècules han d'estar en l'estat més estable. En aquest cas específic, l'entropia absoluta és igual a zero (tercera llei de la termodinàmica).

Tercera llei de la termodinàmica : "L'entropia d'un cristall perfecte s'aproxima a zero quan T s'acosta a zero (però no existeixen vidres perfectes)."

El canvi d'aquest estat estable a 0 kelvin a punt de partida dóna l'entropia absoluta. A partir d'aquí, a l'augmentar la temperatura augmentarà l'entropia.

Afortunadament, des d'un punt de vista pràctic, generalment és suficient calcular la variació d'entropia. Calcular les diferències és més fàcil aconseguir-ho experimentalment.

La variació de temperatura es calcula utilitzant la capacitat de calorífica: la integral del uocient de capacitat de calor i temperatura sobre l'àrea de canvi de temperatura.

Quina relació hi ha entre entropia i energia?

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, la primera llei de la termodinàmica i la segona llei de la termodinàmica es poden resumir de la següent manera: " l'energia total de l'univers és constant i l'entropia total augmenta contínuament fins que arriba a un equilibri "

Això vol dir 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.

Com i qui va descobrir el concepte d'entropia?

Què és l'entropia?El concepte d'entropia es desenvolupa com a resposta a l'observació d'un determinat fet: hi ha una certa quantitat de l'energia alliberada en les reaccions de combustió que es perd a causa de la dissipació o la fricció. D'aquesta manera, l'energia que es perd no es transforma en treball útil.

Investigacions en els primers motors tèrmics

Els primers motors tèrmics com el Thomas Savery (1698), el Newcomen motor (1712) i el Cugnot de vapor de tres rodes (1769) eren ineficients. De l'energia d'entrada, només un 2% es convertia en energia útil.

Una gran quantitat d'energia útil es dissipava o es perdia en el qual semblava un estat d'aleatorietat incommensurable.

Durant els propers dos segles els físics van investigar aquest enigma de l'energia perduda.

El resultat d'aquests estudis va portar als científics a el concepte d'entropia.

Primeres aparicions del concepte entropia

El físic Rudolf Clausius va ser el primer a introduir-la en 1865.

Des de llavors han aparegut diverses definicions d'entropia. La definició d'entropia més rellevant és la que va elaborar Ludwig Boltzmann. Boltzmann relaciona el concepte d'entropia amb el grau de desordre d'un sistema. Aquesta nova perspectiva de l'entropia va permetre estendre el concepte a diferents camps, com ara la teoria de la informació, la intel·ligència artificial, la vida o el temps.

Referències

Autor:

Data de publicació: 24 de març de 2017
Última revisió: 16 de abril de 2020