Introduction ?? l'entropie

Thermodynamique
Le moteur thermique classique Carnot
Branches Classique ?? statistiques ?? Chimique Equilibrium / Non-??quilibre
Lois Zeroth ?? Premi??re ?? Deuxi??me ?? Troisi??me
Syst??mes ??tat: ??quation d'??tat Id??al gaz ?? Gaz r??el Phase de mati??re ?? ??quilibre Contr??le du volume ?? Instruments Processus: Isobarique ?? Isochore ?? Isothermal Adiabatique ?? Isentropique ?? Isenthalpique Quasistatique ?? Polytropic Libre dilatation R??versibilit?? ?? Irr??versibilit?? Endoreversibility Cycles: Les moteurs thermiques ?? Pompes ?? chaleur L'efficacit?? thermique
Propri??t??s syst??me diagrammes de propri??t?? Propri??t??s intensives et extensives Fonctions d'Etat: Temp??rature / entropie (intro.) ??? Pression / Volume ??? Potentiel chimique / Particule non. ??? (??? Variables conjugu??es) La qualit?? de vapeur Propri??t??s r??duits fonctions du processus: Travail ?? Heat
Propri??t??s des mat??riaux Capacit?? thermique sp??cifique Compressibilit?? Dilatation thermique base de donn??es de propri??t??
??quations Le th??or??me de Carnot ?? Clausius th??or??me ?? Relation fondamentale ?? Loi des gaz parfaits ?? Relations de Maxwell ?? Relations r??ciproques Onsager ?? ??quations thermodynamiques de Bridgman Table des ??quations thermodynamiques
Potentiels L'??nergie gratuite ?? Entropie gratuit L'??nergie interne Enthalpie ??nergie libre ??nergie libre de Gibbs
Histoire et culture Philosophie: Entropie et l'heure ?? Entropie et de la vie Cliquet brownien Le d??mon de Maxwell la mort de chaleur paradoxe Le paradoxe de Loschmidt Synergetics Histoire: G??n??ral ?? Chaleur ?? Entropy ?? lois de gaz Mouvement perp??tuel Th??ories: Th??orie du calorique ?? Vis viva Th??orie de la chaleur ??quivalent m??canique de la chaleur La force motrice Publications: " Un exp??rimentale ... Enqu??te sur l'Heat " " Sur l'??quilibre des substances h??t??rog??nes " "R??flexions sur la Motive Power of Fire " ??ch??anciers de: Thermodynamique ?? Les moteurs thermiques Art: Surface thermodynamique de Maxwell ??ducation: Entropie dispersion d'??nergie
Les scientifiques Bernoulli ?? Carnot ?? Clapeyron ?? Clausius ?? von Helmholtz ?? Carath??odory ?? Pierre Duhem ?? Gibbs ?? Joule ?? Maxwell ?? von Mayer ?? Onsager ?? Rankine ?? Smeaton ?? Stahl ?? Thompson ?? Kelvin ?? Waterson

L'entropie est une mesure de la fa??on dont l'??nergie est uniform??ment r??partie dans un syst??me. Dans une entropie physique du syst??me fournit une mesure de la quantit?? d'??nergie qui ne peut ??tre utilis?? pour faire le travail .

Lorsque la chaleur se ??coule d'une r??gion chaude ?? une r??gion froide entropie augmente, car la chaleur est distribu??e dans tout le syst??me. Le concept de l'entropie est au c??ur de la seconde loi de la thermodynamique . La deuxi??me loi d??termine quels processus physiques peuvent se produire. Par exemple, il pr??voit que les flux de chaleur de haute temp??rature ?? basse temp??rature dans des processus spontan??s. La deuxi??me loi de la thermodynamique peut ??tre d??clar?? comme disant que l'entropie d'un syst??me isol?? augmente toujours, et les processus qui augmentent l'entropie peut se produire spontan??ment. Depuis entropie augmente l'uniformit?? augmente, la seconde loi dit qualitativement que l'uniformit?? des augmentations.

Le terme a ??t?? invent?? entropie en 1865 par le physicien allemand Rudolf Clausius, des mots grecs EN-, "in", et trope "un tournant", par analogie avec l'??nergie .

Explication

Le concept de l'entropie thermodynamique d??coule de la seconde loi de la thermodynamique . Il utilise l'entropie de quantifier la capacit?? d'un syst??me de changement, ?? savoir que les flux provenant d'une r??gion de temp??rature sup??rieure ?? une temp??rature inf??rieure ?? la chaleur, et ?? d??terminer si un processus thermodynamique peut se produire.

L'entropie est d??finie par deux descriptions, comme premi??re relation macroscopique entre le flux de chaleur dans un syst??me et le changement de temp??rature dans le syst??me, et d'autre part, ?? un niveau microscopique, comme le logarithme naturel du nombre de micro??tats d'un syst??me.

Apr??s le formalisme de Clausius, la premi??re d??finition peut ??tre math??matiquement a d??clar?? que:

O?? D S est la variation de l'entropie et q δ est la chaleur ajout??e au syst??me r??versible. Si la temp??rature est autoris??e ?? varier l'??quation doit ??tre int??gr??e sur le chemin de la temp??rature. Cette d??finition de l'entropie ne permet pas la d??termination d'une valeur absolue, uniquement des diff??rences.

La deuxi??me d??finition de l'entropie vient de la m??canique statistique . L'entropie d'un particulier macroscopique est d??fini comme ??tant Boltzmann constante fois le logarithme naturel du nombre de micro-correspondant ?? celle macroscopique ou math??matique

O?? S est l'entropie, k est la constante de Boltzmann, et om??ga est le nombre de micro-??tats.

Le macro??tat d'un syst??me est ce que nous savons sur le syst??me, par exemple la temp??rature , pression, et volume d'un gaz dans une bo??te. Pour chaque ensemble de valeurs de la temp??rature, la pression, le volume et il existe de nombreux agencements des mol??cules qui donnent lieu ?? ces valeurs. Le nombre d'arrangements de mol??cules qui pourraient entra??ner les m??mes valeurs pour la temp??rature, la pression et le volume est le nombre de micro.

Le concept de l'??nergie est li??e ?? la premi??re loi de la thermodynamique , qui traite de la conservation de l'??nergie et dans lequel la perte de chaleur se traduira par une diminution de la l'??nergie de la syst??me thermodynamique. Entropie thermodynamique fournit une mesure comparative de la quantit?? de cette diminution de l'??nergie interne du syst??me et l'augmentation correspondante de l'??nergie de l'environnement ?? une temp??rature donn??e. Une visualisation simple et plus concr??te de la deuxi??me loi est que l'??nergie de tous les types de changements ??tant localis??e ?? se disperser ou ??tal??e, se il ne est pas g??n?? de le faire. Changement entropie est la mesure quantitative de ce genre d'un processus spontan??: combien d'??nergie a coul?? ou comment il est devenu largement propag?? ?? une temp??rature sp??cifique.

L'entropie a ??t?? d??velopp?? pour d??crire un quelconque de plusieurs ph??nom??nes, en fonction du champ et du contexte dans lequel il est utilis??. Informations entropie prend les concepts math??matiques de la thermodynamique statistique dans les domaines de la th??orie des probabilit??s sans rapport avec la chaleur et de l'??nergie.

fonte de la glace fournit un exemple de l'entropie croissante

Exemple d'augmenter l'entropie

fonte de la glace fournit un exemple dans lequel l'entropie augmente dans un petit syst??me, un syst??me thermodynamique constitu?? de l'environnement (la pi??ce chaude) et l'entit?? du r??cipient en verre, de la glace, de l'eau qui a ??t?? autoris?? ?? rejoindre l'??quilibre thermodynamique ?? la temp??rature de fusion de la glace. Dans ce syst??me, certains chaleur (AQ) des environs chauds ?? 298 K (77 ?? F, 25 ?? C) les transferts vers le syst??me de refroidissement de la glace et de l'eau ?? sa temp??rature constante (T) de 273 K (32 ?? F, 0 ?? C), la temp??rature de fusion de la glace. L'entropie du syst??me, qui est AQ / T, augmente de AQ / 273K. L'AQ de chaleur pour ce processus est l'??nergie n??cessaire pour changer l'eau de l'??tat solide ?? l'??tat liquide, et est appel??e la enthalpie de fusion, ce est-AH pour la fusion de la glace.

Il est important de r??aliser que l'entropie de la salle environnante diminue moins de l'entropie de la glace et l'eau augmente: la temp??rature ambiante de 298 K est sup??rieur ?? 273 K et donc le rapport, (changement d'entropie), d'AQ / 298K pour l'environnement est plus petit que le rapport (changement d'entropie), de AQ / 273K pour le syst??me de glace et d'eau. Ce est toujours le cas dans les ??v??nements spontan??s dans un syst??me thermodynamique et il montre l'importance pr??dictive de l'entropie: l'entropie net final apr??s un tel ??v??nement est toujours plus grande que ne l'??tait l'entropie initiale.

Comme la temp??rature de l'eau fra??che se ??l??ve ?? celui de la chambre et la salle refroidit encore imperceptiblement, la somme de l'AQ / T sur la plage continue, "?? de nombreux incr??ments", dans l'eau chaude enfin initialement cool peut ??tre trouv??e par calcul. La miniature toute ??univers??, ce est ?? dire ce syst??me thermodynamique, l'entropie a augment??. Energy a spontan??ment devenir plus dispers??e et se propager ?? cet ??univers?? que lorsque le verre de glace + eau a ??t?? introduite et est devenu un ??syst??me?? en son sein.

Origines et utilisations

?? l'origine, l'entropie a ??t?? nomm?? pour d??crire la chaleur perdue, ou plus exactement les pertes d'??nergie, de moteurs thermiques et autres dispositifs m??caniques qui ne pourrait jamais fonctionner avec 100% d'efficacit?? dans la conversion de l'??nergie dans le travail. Plus tard, le terme est venu ?? acqu??rir plusieurs descriptions suppl??mentaires comme plus venu ?? ??tre compris sur le comportement des mol??cules ?? l'??chelle microscopique. Dans la fin du 19e si??cle, le mot ??trouble?? a ??t?? utilis?? par Ludwig Boltzmann dans le d??veloppement vues statistiques de l'entropie en utilisant la th??orie des probabilit??s pour d??crire le mouvement mol??culaire accru ?? l'??chelle microscopique. Ce ??tait avant l'arriv??e de comportement quantique d'??tre mieux compris par Werner Heisenberg et ceux qui ont suivi. Descriptions de thermodynamique (chaleur) entropie au niveau microscopique se trouvent dans la thermodynamique statistique et m??canique statistique .

Pour la plupart du 20e si??cle manuels ont tendance ?? d??crire l'entropie comme ??d??sordre??, ?? la suite conceptualisation d??but de Boltzmann de l'??nergie de mouvement de mol??cules. Plus r??cemment, il ya eu une tendance en chimie et physique des manuels pour d??crire entropie en termes de "la dispersion de l'??nergie". Entropie peut ??galement impliquer la dispersion des particules, qui sont eux-m??mes ??nergique. Ainsi il ya des cas o?? les deux particules et de l'??nergie se dispersent ?? des vitesses diff??rentes lorsque les substances sont m??lang??es.

Les math??matiques d??velopp??s en thermodynamique statistique n'a ??t?? observ??e pour ??tre applicable dans d'autres disciplines. En particulier, sciences de l'information ont d??velopp?? le concept de l'entropie de l'information o?? une constante remplace la temp??rature qui est inh??rente ?? entropie thermodynamique.

La chaleur et l'entropie

Au niveau microscopique, l'??nergie cin??tique des mol??cules est responsable de la temp??rature d'une substance ou un syst??me. "Heat" est l'??nergie cin??tique des mol??cules d'??tre transf??r??: lorsque l'??nergie de mouvement est transf??r??e ?? partir alentours chaudes ?? un syst??me de refroidissement, les mol??cules se d??pla??ant plus rapidement dans les environs entrent en collision avec les parois du syst??me qui transf??re une partie de leur ??nergie aux mol??cules du syst??me et les rend d??placent plus rapidement.

• Mol??cules dans un gaz comme l'azote ?? la temp??rature ambiante ?? tout instant se d??placent ?? une vitesse moyenne de pr??s de 500 miles par heure (210 m / s), se heurtant ?? plusieurs reprises et donc ??changer de l'??nergie de sorte que leurs vitesses individuelles sont toujours en train de changer, m??me en ??tant immobile un instant si deux mol??cules avec exactement la m??me vitesse se heurtent de front, avant une autre mol??cule les frappe et ils se ??lancer, aussi vite 2500 miles ?? l'heure. (A des temp??ratures plus ??lev??es augmentent la vitesse moyenne et de l'??nergie de mouvement devient proportionnellement plus.)
  • ??nergie mol??culaire Ainsi de mouvement (??d'??nergie thermique ') ?? partir environnement plus chauds, comme des mol??cules plus rapide se d??pla??ant dans une flamme ou vibrant violemment atomes de fer dans une assiette chaude, va fondre ou de faire bouillir une substance (le syst??me) ?? la temp??rature de sa fusion ou point d'??bullition . Cette quantit?? d'??nergie de mouvement provenant de l'environnement qui est n??cessaire pour la fusion ou l'??bullition est appel??e l'??nergie de changement de phase, notamment l'enthalpie de fusion ou de vaporisation, respectivement. Cela rompt d'??nergie de changement de phase liaisons entre les mol??cules dans le syst??me (pas de liaisons chimiques ?? l'int??rieur des mol??cules qui maintiennent les atomes ensemble) plut??t que de contribuer ?? l'??nergie de mouvement et de rendre les mol??cules se d??placent plus vite - de sorte qu'il ne soul??ve pas la temp??rature, mais permet au lieu de briser les mol??cules libres de se d??placer sous forme de liquide ou sous forme de vapeur.
  • En termes d'??nergie, quand un solide devient un liquide ou un liquide vapeur, l'??nergie de mouvement venant de l'environnement est remplac??e par ????nergie potentielle?? dans la substance (??nergie et le changement de phase, qui est remis ?? l'environnement lorsque l'environnement devient refroidisseur de point d'??bullition ou la temp??rature de fusion de la substance, respectivement). le changement de phase de l'??nergie augmente l'entropie d'une substance ou d'un syst??me, car ce est l'??nergie qui doit ??tre ??tal??e dans le syst??me de l'environnement de sorte que la substance peut exister sous forme liquide ou vapeur ?? une temp??rature sup??rieure ?? son point de fusion ou d'??bullition. Lorsque ce processus se produit dans un ??univers?? qui se compose de l'environnement ainsi que le syst??me, l'??nergie totale de l'univers devient plus dispers?? ou ??tal??e dans le cadre de la plus grande ??nergie qui ne est que dans les environs transferts plus chauds de sorte que certains est dans le syst??me de refroidissement. Cette dispersion d'??nergie augmente l'entropie du ??univers??.

Le principe g??n??ral important est que "l'??nergie de tous les types de change ??tant localis??e ?? se disperser ou ??tal??e, se il ne est pas g??n?? de le faire. Entropie (ou mieux, le changement entropie) est la mesure quantitative de ce genre d'un processus spontan??: combien d'??nergie a ??t?? transf??r??e / T ou comment il est devenu largement propag?? ?? une temp??rature sp??cifique.

Calcul classique de l'entropie

Lorsque l'entropie a ??t?? d??fini et utilis?? en 1865 l'existence m??me d'atomes ??tait encore controvers??e et il n'y avait pas de concept que la temp??rature ??tait due ?? l'??nergie de mouvement de mol??cules ou ??chaleur?? a ??t?? en fait le transfert de cette ??nergie mol??culaire de mouvement d'un endroit ?? un autre. Entropy changement, , A ??t?? d??crite en termes macroscopiques qui peuvent ??tre mesur??es directement, comme le volume, la temp??rature ou la pression. Cependant, aujourd'hui, l'??quation classique de l'entropie, peut ??tre expliqu??, partie par partie, en termes modernes d??crivant comment mol??cules sont responsables de ce qui se passe:

• est le changement de l'entropie d'un syst??me (certains de substance physique d'int??r??t) apr??s un peu d'??nergie de mouvement (??chaleur??) a ??t?? transf??r??e par des mol??cules en mouvement rapide. Alors, .

• Ensuite, , Le quotient de l'??nergie de mouvement ("thermique") q qui est transf??r?? ??r??versible?? (Ap) au syst??me ?? partir de l'environnement (ou d'un autre syst??me en contact avec le premier syst??me) divis?? par T, la temp??rature absolue ?? laquelle la transfert a lieu.
  • "R??versible" ou "r??versible" (rev) signifie simplement que T, la temp??rature du syst??me, doit rester (presque) exactement le m??me pendant toute l'??nergie est transf??r??e vers ou ?? partir de lui. Ce est facile dans le cas de changements de phase, o?? le syst??me doit absolument rester dans la forme solide ou liquide jusqu'?? ce que suffisamment d'??nergie est donn?? ?? elle pour rompre les liaisons entre les mol??cules avant de pouvoir passer ?? un liquide ou un gaz. Par exemple, dans la fonte des glaces ?? 273,15 K, ne importe quelle temp??rature les environs sont - ?? partir de 273,20 K ?? 500 K ou m??me plus, la temp??rature de la glace restera ?? 273,15 K jusqu'?? ce que les derni??res mol??cules dans la glace sont chang??s en liquide l'eau, des liaisons hydrog??ne-??-dire, jusqu'?? ce que toutes les liaisons hydrog??ne entre les mol??cules d'eau dans la glace sont cass?? et nouvelle, moins exactement fixes entre les mol??cules d'eau liquide sont form??s. Cette quantit?? d'??nergie n??cessaire ?? la fusion de la glace par mole a ??t?? trouv?? pour ??tre 6008 joules ?? 273 K. Par cons??quent, le changement d'entropie est par mole , Ou 22 J / K.
  • Lorsque la temp??rature ne est pas au point d'une substance fusion ou d'??bullition aucun lien-rupture intermol??culaires est possible, et donc toute l'??nergie de mouvement mol??culaire (??chaleur??) des environs transf??r??s ?? un syst??me ??l??ve sa temp??rature, ce qui rend ses mol??cules se d??placent plus rapidement et plus rapide. Lorsque la temp??rature est en constante augmentation, il n'y a plus une valeur particuli??re de ??T?? ?? laquelle l'??nergie est transf??r??e. Toutefois, un transfert d'??nergie ??r??versible?? peut ??tre mesur?? ?? une tr??s faible augmentation de la temp??rature, et un total cumul?? peut ??tre trouv?? en additionnant chacun des nombreux intervalles de temp??rature ou petits incr??ments. Par exemple, pour trouver le changement entropie de 300 K ?? 310 K, mesurer la quantit?? d'??nergie transf??r??e ?? des dizaines ou des centaines de incr??ments de temp??rature, disons de 300,00 K ?? 300,01 K et 300,01 ?? 300,02 et ainsi de suite, divisant le q par chaque T, et enfin tous ajoutant.
  • Calcul peut ??tre utilis??e pour faire ce calcul plus facile si l'effet de l'apport d'??nergie au syst??me est lin??airement d??pendant de la variation de temp??rature, comme dans un simple chauffage du syst??me ?? des temp??ratures mod??r??es ?? relativement ??lev??. Ainsi, l'??nergie ??tant transf??r??e ??par un changement progressif de la temp??rature?? (la capacit?? thermique, ), Multipli?? par le int??grante de ?? partir de ?? , Est directement donn?? par .

Les descriptions liminaires de l'entropie

Traditionnellement, les manuels 20e si??cle ont introduit entropie comme ordre et le d??sordre de sorte qu'il fournit "une mesure du trouble ou d'un syst??me al??atoire". Il a ??t?? avanc?? que les ambigu??t??s dans les termes utilis??s (tels que ??d??sordre?? et ??chaos??) contribuent ?? la confusion g??n??ralis??e et peuvent entraver la compr??hension de l'entropie pour la plupart des ??tudiants. Une formulation plus r??cente associ??e ?? Frank L. Lambert d??crivant entropie dispersion d'??nergie d??crit entropie que la mesure "la dispersion spontan??e de l'??nergie - ?? une temp??rature sp??cifique."