entropia termodynamiczna
Termodynamiczna entropia jest miarą tego, jak zorganizowana lub niezorganizowana energia jest obecna w układzie atomów lub molekuł. Jest ona mierzona w dżulach energii na jednostkę kelwina. Entropia jest ważną częścią trzeciego prawa termodynamiki.
Wyobraźmy sobie, że grupa cząsteczek ma dziesięć jednostek energii. Jeżeli energia w tych cząsteczkach jest doskonale zorganizowana, wtedy cząsteczki mogą wykonywać dziesięć jednostek pracy. Jeżeli jednak energia stała się mniej zorganizowana (więc entropia wzrosła), molekuły mogą wykonywać tylko sześć jednostek pracy, mimo że nadal mają w sobie dziesięć jednostek energii.
Po osiągnięciu całkowitej entropii, nie ma już energii do wydania. Dobrym tego przykładem jest filiżanka gorącej herbaty. Herbata ma dużo energii w porównaniu z pomieszczeniem, w którym znajduje się herbata. Z czasem ciepło zawarte w herbacie rozprzestrzenia się na pomieszczenie. Herbata stanie się zimniejsza. Dzieje się tak, ponieważ energia (ciepło) zawarta w herbacie przenosi się do otoczenia. Gdy herbata jest już zimna, nie ma już ciepła, które mogłoby się rozprzestrzeniać. Herbata osiągnęła całkowitą entropię.
Są dwa rodzaje tych "pokoi": System otwarty i system zamknięty. System otwarty oznacza, że energia (podobnie jak ciepło) może swobodnie przepływać do i z pomieszczenia. System zamknięty oznacza, że pomieszczenie jest zamknięte od zewnątrz; żadna energia nie może wchodzić ani wychodzić.
W przypadku herbaty, pomieszczenie było systemem zamkniętym; żadna energia nie mogła do niego wejść. Ale możemy też sprawić, by był to system otwarty, umieszczając w nim grzejnik. Jeśli włączymy grzejnik, możemy wykorzystać ciepło z niego do ponownego podgrzania filiżanki herbaty. Nowa energia została wprowadzona do pomieszczenia. W ten sposób entropia uległa zmniejszeniu. Ciepło, które przedostało się z grzałki do herbaty, może następnie ponownie przenieść się do pomieszczenia, aż do osiągnięcia całkowitej entropii. Na tym polega drugie prawo termodynamiki.
Prawdziwym przykładem otwartego systemu jest Ziemia. Codziennie otrzymuje ona dużo energii ze Słońca. Dzięki temu rośliny mogą rosnąć, a woda pozostaje płynna. Gdybyśmy odebrali Słońce, rośliny obumarłyby, a woda zamarzłaby, ponieważ powierzchnia naszej planety byłaby zbyt zimna.
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest entropia termodynamiczna?
O: Entropia termodynamiczna jest miarą tego, jak zorganizowana lub zdezorganizowana jest energia w układzie atomów lub cząsteczek. Mierzy się ją w dżulach energii na jednostkę kelwina.
P: Co mówi trzecie prawo termodynamiki?
O: Trzecie prawo termodynamiki mówi, że po osiągnięciu całkowitej entropii nie ma już energii do wydania.
P: Jakie są dwa rodzaje "pomieszczeń", o których mowa w tekście?
O: Dwa rodzaje "pomieszczeń", o których mowa w tekście, to system otwarty i system zamknięty. System otwarty oznacza, że energia (np. ciepło) może swobodnie wpływać i wypływać, natomiast system zamknięty oznacza, że jest zamknięty od zewnątrz, żadna energia nie może wpływać ani wypływać.
P: Jak nowa energia wpływa na całkowitą entropię?
O: Nowa energia zmniejsza entropię całkowitą, ponieważ pozwala na lepszą organizację w systemie. Na przykład, jeżeli umieścimy grzejnik w pokoju z zimną herbatą, możemy wykorzystać jego ciepło do podgrzania filiżanki z herbatą. To wprowadza nową energię do pomieszczenia, co zmniejsza jego całkowitą entropię.
P: Czy może Pan podać przykład systemu otwartego?
O: Prawdziwym przykładem systemu otwartego jest Ziemia, ponieważ codziennie otrzymuje ona dużo energii od Słońca, co umożliwia wzrost roślin i utrzymanie wody w stanie płynnym.
P: Jak osiągnięcie całkowitej entropii wpływa na filiżankę gorącej herbaty?
O: Po osiągnięciu entropii całkowitej w filiżance gorącej herbaty, nie będzie już ciepła, które można rozprowadzić, więc stanie się ona zimna, ponieważ całe jej ciepło przenosi się do otoczenia.
