Termodinaminė entropija
Termodinaminė entropija - tai matas, rodantis, kaip organizuota ar neorganizuota energija yra atomų ar molekulių sistemoje. Jis matuojamas energijos džaulais kelvino vienetui. Entropija yra svarbi trečiojo termodinamikos dėsnio dalis.
Įsivaizduokite, kad molekulių grupė turi dešimt energijos vienetų. Jei energija tose molekulėse yra tobulai organizuota, tai molekulės gali atlikti dešimt darbo vienetų. Tačiau jei energija taptų mažiau organizuota (taigi entropija padidėtų), molekulės galėtų atlikti tik šešis darbo vienetus, nors jose tebėra dešimt energijos vienetų.
Kai pasiekiama visiška entropija, nebėra energijos, kurią būtų galima išleisti. Geras pavyzdys - karštos arbatos puodelis. Arbata turi daug energijos, palyginti su patalpa, kurioje ji yra. Laikui bėgant arbatos šiluma išplinta į kambarį. Arbata taps šaltesnė. Taip yra todėl, kad arbatoje esanti energija (šiluma) persiduoda į aplinką. Arbatai atvėsus, daugiau šilumos sklisti nebegalima. Arbata pasiekė visišką entropiją.
Yra dviejų tipų "kambariai": Atvira sistema ir uždara sistema. Atvira sistema reiškia, kad energija (pvz., šiluma) gali laisvai įeiti į patalpą ir išeiti iš jos. Uždara sistema reiškia, kad patalpa yra uždara nuo išorės; jokia energija negali patekti į vidų ar išeiti iš jos.
Arbatos atveju kambarys buvo uždara sistema, į kurią negalėjo patekti jokia energija. Bet mes taip pat galime paversti jį atvira sistema, į patalpą įdėdami šildytuvą. Jei įjungsime šildytuvą, jo skleidžiamą šilumą galėsime panaudoti arbatos puodeliui pašildyti. Į kambarį patenka nauja energija. Taigi entropija sumažėjo. Iš šildytuvo į arbatą patekusi šiluma vėl gali pereiti į kambarį, kol bus pasiekta visiška entropija. Tai ir yra antrasis termodinamikos dėsnis.
Realus atviros sistemos pavyzdys yra Žemė. Ji kasdien gauna daug energijos iš Saulės. Tai leidžia augalams augti, o vandeniui išlikti skystam. Jei atimtume Saulę, augalai žūtų, o vanduo užšaltų, nes mūsų planetos paviršius būtų per šaltas.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra termodinaminė entropija?
A: Termodinaminė entropija - tai matas, rodantis, kaip organizuota ar neorganizuota energija yra atomų ar molekulių sistemoje. Jis matuojamas energijos džaulais kelvino vienetui.
K: Ką teigia trečiasis termodinamikos dėsnis?
A: Trečiasis termodinamikos dėsnis teigia, kad kai pasiekiama visiška entropija, nebėra energijos, kurią būtų galima išleisti.
K: Kokie yra du tekste minimi "kambarių" tipai?
A: Tekste minimi du "patalpų" tipai: atvira sistema ir uždara sistema. Atvira sistema reiškia, kad energija (pvz., šiluma) gali laisvai įeiti ir išeiti, o uždara sistema reiškia, kad ji yra uždaryta nuo išorės; jokia energija negali patekti į ją ar išeiti iš jos.
K: Kaip nauja energija veikia bendrąją entropiją?
A: Nauja energija mažina bendrąją entropiją, nes leidžia geriau organizuoti sistemą. Pavyzdžiui, jei į patalpą, kurioje yra šalta arbata, pastatysime šildytuvą, jo šilumą galėsime panaudoti arbatos puodeliui pašildyti. Taip į kambarį patenka naujos energijos, kuri mažina bendrąją entropiją.
Klausimas: Ar galite pateikti atviros sistemos pavyzdį?
Atsakymas: Realus atviros sistemos pavyzdys yra Žemė, nes ji kasdien gauna daug energijos iš Saulės, kuri leidžia augalams augti, o vandeniui išlikti skystam.
K: Kaip pasiekiama visuminė entropija veikia karštos arbatos puodelį?
A: Kai karštos arbatos puodelyje bus pasiekta visiškoji entropija, nebebus daugiau šilumos, kurią būtų galima skleisti, todėl puodelis taps šaltas, nes visa jo šiluma pereis į aplinkines sritis.
