Θερμοδυναμική εντροπία

Η θερμοδυναμική εντροπία είναι ένα μέτρο του πόσο οργανωμένη ή αποδιοργανωμένη ενέργεια υπάρχει σε ένα σύστημα ατόμων ή μορίων. Μετριέται σε τζάουλ ενέργειας ανά μονάδα kelvin. Η εντροπία αποτελεί σημαντικό μέρος του τρίτου νόμου της θερμοδυναμικής.

Φανταστείτε ότι μια ομάδα μορίων έχει δέκα μονάδες ενέργειας. Αν η ενέργεια σε αυτά τα μόρια είναι τέλεια οργανωμένη, τότε τα μόρια μπορούν να κάνουν δέκα μονάδες έργου. Ωστόσο, αν η ενέργεια γίνει λιγότερο οργανωμένη (οπότε η εντροπία αυξάνεται), τα μόρια μπορεί να είναι σε θέση να εκτελέσουν μόνο έξι μονάδες έργου, παρόλο που εξακολουθούν να έχουν δέκα μονάδες ενέργειας μέσα τους.

Όταν η ολική εντροπία έχει επιτευχθεί, δεν υπάρχει άλλη ενέργεια για ξόδεμα. Ένα καλό παράδειγμα είναι ένα φλιτζάνι ζεστό τσάι. Το τσάι έχει πολλή ενέργεια σε σύγκριση με το δωμάτιο στο οποίο βρίσκεται. Με την πάροδο του χρόνου η θερμότητα του τσαγιού θα εξαπλωθεί στο δωμάτιο. Το τσάι θα γίνει πιο κρύο. Αυτό συμβαίνει επειδή η ενέργεια (θερμότητα) στο τσάι μετακινείται προς τον περιβάλλοντα χώρο. Μόλις το τσάι κρυώσει, δεν υπάρχει άλλη θερμότητα που μπορεί να διαδοθεί. Το τσάι έχει φτάσει στην ολική εντροπία.

Υπάρχουν δύο τύποι αυτών των "δωματίων": Ένα ανοικτό σύστημα και ένα κλειστό σύστημα. Ένα ανοικτό σύστημα σημαίνει ότι η ενέργεια (όπως η θερμότητα) μπορεί να εισέρχεται και να εξέρχεται ελεύθερα από το δωμάτιο. Ένα κλειστό σύστημα σημαίνει ότι το δωμάτιο είναι κλειστό από το εξωτερικό- καμία ενέργεια δεν μπορεί να εισέλθει ή να εξέλθει.

Στην περίπτωση του τσαγιού, το δωμάτιο ήταν ένα κλειστό σύστημα- καμία ενέργεια δεν μπορούσε να εισέλθει σε αυτό. Μπορούμε όμως να το κάνουμε και ανοιχτό σύστημα τοποθετώντας μια θερμάστρα στο δωμάτιο. Αν ανοίξουμε τη θερμάστρα, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη θερμότητα από αυτήν για να ζεστάνουμε το φλιτζάνι τσάι. Νέα ενέργεια έχει εισέλθει στο δωμάτιο. Η εντροπία έχει έτσι μειωθεί. Η θερμότητα που πήγε από τη θερμάστρα στο τσάι μπορεί στη συνέχεια να μετακινηθεί ξανά στο δωμάτιο μέχρι να επιτευχθεί η συνολική εντροπία. Αυτός είναι ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής.

Ένα πραγματικό παράδειγμα ανοιχτού συστήματος είναι η Γη. Λαμβάνει πολλή ενέργεια από τον Ήλιο κάθε μέρα. Αυτό επιτρέπει στα φυτά να αναπτύσσονται και στο νερό να παραμένει υγρό. Αν αφαιρούσαμε τον Ήλιο, τα φυτά θα πέθαιναν και το νερό θα πάγωνε επειδή η επιφάνεια του πλανήτη μας θα ήταν πολύ κρύα.

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Ερ: Τι είναι η θερμοδυναμική εντροπία;


A: Η θερμοδυναμική εντροπία είναι ένα μέτρο του πόσο οργανωμένη ή αποδιοργανωμένη ενέργεια υπάρχει σε ένα σύστημα ατόμων ή μορίων. Μετριέται σε τζάουλ ενέργειας ανά μονάδα Κέλβιν.

Ερ: Τι ορίζει ο τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής;


Α: Ο τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι όταν η συνολική εντροπία έχει επιτευχθεί, δεν υπάρχει άλλη ενέργεια για να δαπανηθεί.

Ερ: Ποιοι είναι οι δύο τύποι "δωματίων" που αναφέρονται στο κείμενο;


Α: Οι δύο τύποι "δωματίων" που αναφέρονται στο κείμενο είναι ένα ανοικτό σύστημα και ένα κλειστό σύστημα. Ένα ανοικτό σύστημα σημαίνει ότι η ενέργεια (όπως η θερμότητα) μπορεί να εισέρχεται και να εξέρχεται ελεύθερα, ενώ ένα κλειστό σύστημα σημαίνει ότι είναι κλειστό από το εξωτερικό- καμία ενέργεια δεν μπορεί να εισέλθει ή να εξέλθει.

Ερ: Πώς επηρεάζει η νέα ενέργεια τη συνολική εντροπία;


Α: Η νέα ενέργεια μειώνει τη συνολική εντροπία επειδή επιτρέπει μεγαλύτερη οργάνωση στο σύστημα. Για παράδειγμα, αν τοποθετήσουμε μια θερμάστρα σε ένα δωμάτιο με κρύο τσάι, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη θερμότητα από αυτήν για να ζεστάνουμε το φλιτζάνι τσάι. Αυτό φέρνει νέα ενέργεια στο δωμάτιο, η οποία μειώνει τη συνολική εντροπία του.

Ερ: Μπορείτε να δώσετε ένα παράδειγμα ανοικτού συστήματος;


Α: Ένα πραγματικό παράδειγμα ανοικτού συστήματος είναι η Γη, καθώς λαμβάνει καθημερινά πολλή ενέργεια από τον Ήλιο, η οποία επιτρέπει στα φυτά να αναπτύσσονται και στο νερό να παραμένει υγρό.

Ερ: Πώς επηρεάζει η επίτευξη της ολικής εντροπίας ένα φλιτζάνι ζεστό τσάι;


Α: Όταν η ολική εντροπία έχει επιτευχθεί για ένα φλιτζάνι ζεστό τσάι, δεν θα υπάρχει άλλη θερμότητα που μπορεί να διαχυθεί, οπότε θα γίνει κρύο καθώς όλη η θερμότητα μετακινείται στη γύρω περιοχή.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3