Entropia - Liceo Maria Ausiliatrice

Entropia
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La fusione del ghiaccio avviene con aumento dell'entropia.
In meccanica statistica l'entropia (dal greco antico ἐν en, "dentro", e τροπή tropé,
"trasformazione") è una grandezza (più in particolare una coordinata generalizzata)
che viene interpretata come una misura del disordine presente in un sistema fisico
qualsiasi, incluso, come caso limite, l'universo. Viene generalmente rappresentata
dalla lettera S. Nel Sistema Internazionale si misura in joule su kelvin (J/K).
In termodinamica classica, il primo campo in cui l'entropia venne introdotta, S è una
funzione di stato di un sistema in equilibrio termodinamico, che, quantificando
l'indisponibilità di un sistema a produrre lavoro, si introduce insieme al secondo
principio della termodinamica. In base a questa definizione si può dire, in forma non
rigorosa ma esplicativa, che quando un sistema passa da uno stato di equilibrio
ordinato ad uno disordinato la sua entropia aumenta; questo fatto fornisce
indicazioni sulla direzione in cui evolve spontaneamente un sistema.
L'approccio molecolare della meccanica statistica generalizza l'entropia agli stati di
non-equilibrio correlandola più strettamente al concetto di ordine, precisamente alle
possibili diverse disposizioni dei livelli molecolari e quindi differenti probabilità degli
stati in cui può trovarsi macroscopicamente un sistema[1].
Il concetto di entropia ha potuto grazie a questa generalizzazione essere esteso ad
ambiti non strettamente fisici, come le scienze sociali, la teoria dei segnali, la teoria
dell'informazione e conoscere quindi una vastissima popolarità.
Entropia e disordine[modifica | modifica sorgente]
Il concetto di "entropia" è piuttosto complesso e per comprendere appieno il suo
significato è necessaria almeno una conoscenza di base della termodinamica e
della meccanica quantistica; esistono infatti almeno due definizioni rigorose
dell'entropia: una definizione macroscopica, fornita dalla termodinamica e una
definizione microscopica, fornita dalla meccanica quantistica.
È possibile comunque dare una spiegazione semplicistica dell'entropia,
interpretandola come il "grado di disordine" di un sistema. Quindi un aumento del
"disordine" di un sistema è associato ad un aumento di entropia, mentre una
diminuzione del "disordine" di un sistema è associata ad una diminuzione di
entropia.
Secondo principio della termodinamica
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Il secondo principio della termodinamica è un principio della termodinamica
classica. Questo principio tiene conto del carattere di irreversibilità di molti eventi
termodinamici, quali ad esempio il passaggio di calore da un corpo caldo ad un
corpo freddo. A differenza di altre leggi fisiche quali la legge di gravitazione
universale o le equazioni di Maxwell, il secondo principio è fondamentalmente
legato alla freccia del tempo.
Esso possiede diverse formulazioni equivalenti, delle quali una si fonda
sull'introduzione di una funzione di stato, l'entropia: in questo caso il secondo
principio asserisce che l'entropia di un sistema isolato lontano dall'equilibrio termico
tende a salire nel tempo, finché l'equilibrio non è raggiunto. In meccanica statistica,
classica e quantistica, si definisce l'entropia a partire dal volume nello spazio delle
fasi occupato dal sistema in maniera da soddisfare automaticamente (per
costruzione) il secondo principio.
Formulazioni del secondo principio[modifica | modifica sorgente]
Esistono molte formulazioni equivalenti di questo principio. Quelle che storicamente
si sono rivelate più importanti sono:[1]
• È impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di
trasferire calore da un corpo più freddo a uno più caldo senza l'apporto di
lavoro esterno (formulazione di Clausius).
• È impossibile realizzare una trasformazione ciclica il cui unico risultato sia la
trasformazione in lavoro di tutto il calore assorbito da una sorgente
omogenea (formulazione di Kelvin-Planck).
• È impossibile realizzare una macchina termica il cui rendimento sia pari al 100%.
Nella fisica moderna però la formulazione più ampiamente usata è quella che si
basa sulla funzione entropia:
• In un sistema isolato l'entropia è una funzione non decrescente nel tempo:
Questo principio ha avuto, da un punto di vista storico, un impatto notevole. Infatti
implicitamente sancisce l'impossibilità di realizzare il moto perpetuo cosiddetto di
seconda specie e tramite la non reversibilità dei processi termodinamici definisce
una freccia del tempo.