Termodinamikai entrópia
A termodinamikai entrópia annak mérőszáma, hogy az atomokból vagy molekulákból álló rendszerben mennyire van jelen szervezett vagy rendezetlen energia. Az egységnyi kelvinre jutó energiát joule-ban mérik. Az entrópia a termodinamika harmadik törvényének fontos része.
Képzeljük el, hogy egy molekulacsoport tíz egységnyi energiával rendelkezik. Ha ezekben a molekulákban az energia tökéletesen szervezett, akkor a molekulák tíz egységnyi munkát képesek elvégezni. Ha azonban az energia kevésbé szervezetté válik (tehát az entrópia megnő), akkor a molekulák esetleg csak hat egységnyi munkára képesek, bár még mindig tíz egységnyi energia van bennük.
Amikor a teljes entrópia elérte a teljes entrópiát, nincs több energia, amit elkölthetnénk. Jó példa erre egy csésze forró tea. A teának sok energiája van ahhoz a helyiséghez képest, amelyben a tea van. Idővel a tea hője átterjed a szobára. A tea egyre hidegebb lesz. Ez azért van így, mert a teában lévő energia (hő) átvándorol a környező területre. Ha a tea egyszer kihűlt, már nem tud többé hőt terjeszteni. A tea elérte a teljes entrópiát.
Ezeknek a "szobáknak" két típusa van: Egy nyitott és egy zárt rendszer. A nyitott rendszer azt jelenti, hogy az energia (például a hő) szabadon áramolhat be és ki a helyiségből. A zárt rendszer azt jelenti, hogy a helyiség el van zárva a külvilágtól; sem ki, sem be nem mehet energia.
A tea esetében a szoba egy zárt rendszer volt; nem juthatott be oda energia. De nyitott rendszerré is tehetjük, ha fűtőtestet helyezünk a szobába. Ha bekapcsoljuk a fűtőtestet, akkor a belőle származó hőt felhasználhatjuk a csésze tea felmelegítésére. Új energia került a szobába. Az entrópia tehát csökkent. A fűtőtestből a teába került hő ezután ismét a szobába áramolhat, amíg a teljes entrópiát el nem érjük. Erről szól a termodinamika második törvénye.
A nyílt rendszer valós példája a Föld. Naponta rengeteg energiát kap a Naptól. Ez teszi lehetővé a növények növekedését és a víz folyékony maradását. Ha elvennénk a Napot, a növények elpusztulnának, a víz pedig megfagyna, mert a bolygónk felszíne túl hideg lenne.
Kérdések és válaszok
K: Mi a termodinamikai entrópia?
V: A termodinamikai entrópia annak mérőszáma, hogy mennyire szervezett vagy rendezetlen energia van jelen egy atomokból vagy molekulákból álló rendszerben. Az egységnyi kelvinre jutó energiát joule-ban mérik.
K: Mit mond a termodinamika harmadik törvénye?
V: A termodinamika harmadik törvénye kimondja, hogy a teljes entrópia elérésekor nincs több energia, amit el lehetne költeni.
K: Milyen kétféle "helyiséget" említ a szöveg?
V: A szövegben említett kétféle "szoba" a nyitott és a zárt rendszer. A nyitott rendszer azt jelenti, hogy az energia (például a hő) szabadon áramolhat be és ki, míg a zárt rendszer azt jelenti, hogy a rendszer el van zárva a külvilágtól; sem befelé, sem kifelé nem mehet energia.
K: Hogyan befolyásolja az új energia a teljes entrópiát?
V: Az új energia csökkenti az összentrópiát, mert nagyobb szervezettséget tesz lehetővé a rendszeren belül. Ha például egy fűtőtestet helyezünk egy hideg teát tartalmazó helyiségbe, akkor a belőle származó hőt felhasználhatjuk a csésze tea felmelegítésére. Ez új energiát hoz a szobába, ami csökkenti a teljes entrópiát.
K: Tudna példát mondani egy nyitott rendszerre?
V: A nyílt rendszer valós példája a Föld, mivel minden nap sok energiát kap a Naptól, ami lehetővé teszi a növények növekedését és a víz folyékony maradását.
K: Hogyan hat a teljes entrópia elérése egy csésze forró teára?
V: Amikor egy csésze forró tea eléri a teljes entrópiát, nem tud többé hőt kibocsátani, így a tea kihűl, mivel az összes hő a környező területre vándorol.
