mercoledì 18 luglio 2018

ENTROPIA

L'entropia di un sistema è una grandezza fisica che misura il  DISORDINE del sistema.

ESEMPIO1: un mazzo di carte nuovo ha bassa entropia perché ordinato mentre ha maggiore entropia quando viene mescolato.
ESEMPIO2: un mucchio di mattoni ha minore entropia rispetto agli stessi mattoni che formano un muro.
ESEMPIO3: il ghiaccio ha minore entropia rispetto all'acqua perché nel ghiaccio le molecole sono "ordinate".
ESEMPIO4: l'aria contenuta in un palloncino ha minore entropia rispetto alla stessa aria che si espande se il palloncino viene bucato.

Esistono due modi per definire l'Entropia:

1)Definizione macroscopica: descrive la variazione di entropia del sistema in termini di quantità di calore richiesta per innalzare la temperatura del sistema di un grado Kelvin.

In una macchina termica reversibile il rapporto tra il calore ceduto alla sorgente fredda e il calore assorbito dalla sorgente calda è uguale al rapporto tra le temperature assolute delle due sorgenti :

quindi risulta:
La VARIAZIONE di entropia è quindi definita come rapporto tra calore e la temperatura della sorgente alla quale avviene il trasferimento di calore.
 


Nel SI l'entropia si misura in joule su kelvin (J/K).
Osserviamo che la definizione è valida per una trasformazione reversibile con calore trasferita ad una temperatura T costante espressa in kelvin.
Se il calore è assorbito Q>0 la variazione di entropia è positiva e l'entropia aumenta. Se il calore è ceduto l'entropia diminuisce. 


Si può dimostrare che la variazione di entropia  dipende soltanto dallo stato iniziale e finale del sistema e non dalla trasformazione effettuata per passare da uno stato all'altro.
Ne consegue che l'entropia è una FUNZIONE DI STATO, esattamente come l'energia interna.

la video lezione dimostra che l'entropia è funzione di stato.Calcola anche la variazione di entropia di una trasformazione isoterma
 
In altre parole, l'entropia dipende solo dallo stato del sistema e non da come il sistema ha raggiunto quello stato. 

NB:Se una trasformazione è IRREVERSIBILE, per cui non vale la relazione Q/T, possiamo ugualmente calcolare la variazione di entropia  utilizzando una o più trasformazioni reversibili che collegano gli stessi stati iniziale e finale. 

TERZA LEGGE DELLA TERMODINAMICA: Una qualunque trasformazione irreversibile (quelle naturali) in un sistema isolato (e quindi nell'universo) aumentano l'entropia del sistema.



ESEMPIO : Consideriamo un cubetto di ghiaccio di  massa m che fonde a 0 °C. Per fondere deve assorbire un calore Q=Lm dove L è il calore latente di fusione (calore necessario per fondere 1kg di ghiaccio a 0°C)
Allora la variazione di entropia è data da Lm/T dove T=273K
ed è positiva . Allora l'entropia è aumentata.
 
Il calore non è tutto uguale. Calore ad alta temperatura è molto più pregiato del calore a bassa temperatura. Questo perché il calore fluisce spontaneamente dai corpi caldi ai corpi freddi producendo lavoro. Maggiore è il dislivello termico  maggiore è il lavoro prodotto dal calore. Con una analogia il calore è l'acqua di una cascata e la differenza di temperatura è il dislivello del salto .

2)DEFINIZIONE MICROSCOPICA probabilistica:
L'entropia è definita come probabilità dello stato del sistema. 
S=kln(p) 
dove k è la costante di Boltzmann e p è il numero di microstati corrispondenti al macrostato che è proporzionale alla probabilità dello stato del sistema.
ESEMPIO:


Nessun commento:

Posta un commento