Entropi

Entropi er ein tilstandsfunksjon innan termodynamikken. Entropi er eit mål på graden av uorden i eit termodynamisk system. Aukande entropi tyder aukande uorden, noko som medfører at mengda energi som er av ei slik form at han kan utnyttast til nyttig arbeid, minkar.

Entropi vart først nytta av den tyske fysikaren Rudolph Clausius i 1865 for å gi ei systematisk skildring av fleire generasjonar forsking omkring dampmaskinar og 2. lova i termodynamikken. Ifølgje denne lova er spontane prosessar som minkar entropien i eit isolert system umogelege. Det vil seie at for isolerte system – og i universet som heilskap – vil entropien anten vere konstant eller auke for kvar energiomsetning som skjer i systemet. I vidareføringa av dette resonnementet verkar det som om universet uunngåeleg nærmar seg ein sluttilstand med maksimal entropi og ingen mogelege termodynamiske prosessar. Dette scenariet vert omtalt som varmedauden.

Definisjon

Entropi er definert som forholdet mellom overført varme og absolutt temperatur.

Entropendringa til eit system $\Delta S$ er innan termodynamikk definert i SI-einingar som

$\Delta S={\frac {\delta Q}{T}}$

der $\delta Q$ er overført varme målt i joule og T er den absolutte temperaturen til systemet, målt i kelvin. Entropien får då den fysiske eininga joule per kelvin.

Ein statistisk definisjon finn vi i den statistiske fysikken, der entropien vert definert som

$S=k\cdot \ln(\Omega )$

der k er Boltzmannkonstanten og Ω er mengda mikrotilstandar som svarar til den makroskopiske tilstanden med entropien S. Denne grunnleggande oppdaginga, at ein kan forstå entropi som ein statistisk storleik, vart gjord av Ludwig Boltzmann.

Eit døme på aukande entropi

Is som smelter er eit klassisk døme der entropien aukar i eit lite «univers», eit termodynamisk system, som består av omgivnadane (eit rom – her 25 °C, 298 K) og systemet, her definert som eit glas med is og kaldt vatn som har nådd termodynamisk likevekt ved smeltetemperaturen til is. I dette universet, vil noko varmeenergi, δQ, frå dei varme omgivnadane (25 °C), spreie seg til det kaldare systemet av is og vatn med sin konstante temperatur, 0 °C (273 K), smeltetemperaturen til is. Det vil si at entropien til systemet, som er δQ/T, aukar med δQ/273 K. Temperaturen til systemet vil i dette tilfellet ikkje auke, men ein større del av det som er i glaset vil gå frå is til vatn. Varmeoverføring ved faseovergangar som her vert kalla latent varme.

Entropien i omgivnadane minkar mindre enn entropien i systemet – isen og vatnet – aukar. Romtemperaturen på 298 K er høgare enn temperaturen til isen 273 K, og endringa i entropi til omgivnadane, δQ/298 K, er dermed mindre enn endringa i entropi til systemet: δQ/273 K. Slik er det alltid i spontane reaksjonar – både endoterme og eksoterme – i eit termodynamisk system. Den totale entropien for alle endringar og reaksjonar som er spontane – anten dei er kjemiske eller fysiske – er alltid større enn den opphavlege entropien.

Sidan temperaturen til det kalde vatnet aukar og nærmar seg romtemperaturen (omgivnadane) vert romme samstundes kjølt ned. Denne endringar er derimot umerkeleg om rommet er stort.

Sjå òg

• Kuldedauden
• Varmedauden

Kjelder

• Denne artikkelen bygger på «Entropi» frå Wikipedia på bokmål, den 18. juni 2013.

Bakgrunnsstoff

• Chapter 22: The Entropy of the Universe and the Maximum Entropy Production Principle av Charles H. Lineweaver ved Australian National University.