Измерване на ентропията
Не е толкова трудно да се изследва механична система, чиито термодинамични състояния ще се определят чрез нейния обем V и налягане P. За да се измери ентропията на определено състояние, първо трябва да се измери топлинният капацитет при постоянен обем и налягане (обозначен чрез CV и CP, съответно), за набор от състояния между началното състояние и необходимото.
Топлинният капацитет е свързан с ентропията S и температурата T по формулата:
където индексът X се отнася до постоянен обем и налягане. Можем да интегрираме, за да получим промяна на ентропията:
По този начин можем да получим стойността на ентропията на всяко състояние (P, V) по отношение на началното състояние (P0, V0). Точната формула зависи от избора ни на междинни състояния. Например, ако първоначалното състояние има същото налягане като крайното състояние, тогава:
Освен това, ако пътят между първото и последното състояние преминава през някакъв фазов преход от първи ред, трябва да се има предвид и скритата топлина, свързана с прехода.
Ентропията на началното състояние трябва да се определя независимо. В идеалния случай първоначалното състояние се избира като състояние при изключително висока температура, при която системата съществува като газ. Ентропията в това състояние е подобна на ентропията на класически идеален газ плюс приноса от молекулни въртения и вибрации, които могат да бъдат определени спектроскопски.
Концепции и примери за увеличаване на ентропията
Когато се опитате да разтопите твърдо вещество, ентропията се увеличава от топлината на синтез, разделена на температурата в точката на топене. По този начин единицата за измерване на ентропията е калория на градус (точно както калорията е единица за измерване на топлина или сантиметър е единица за измерване на дължината).
Това е концептуално определение, за да се освободи ентропията от атмосферата на мъглива мистерия, която често я заобикаля. Много по-важно за нас е връзката между ентропията и статистическата концепция за подреждане и разстройство - връзка, открита от Boltzmann и Gibbs 7 въз основа на статистически данни от физиката. Това също е точна количествена връзка и може да бъде изразено по следния начин:
Където k - така наречената константа на Болцман, равна на 3,2983 х 10 -24 калории на градус по Целзий; д - количествена мярка за разстройството на атомите в разглежданото тяло. Дайте точно обяснение на величината д накратко и неспецифично е почти невъзможно. Разстройството, което изразява, се дължи отчасти на топлинното движение, отчасти защото атомите и молекулите от различни видове се смесват чисто случайно, вместо да бъдат напълно разделени.
Уравнението на Болцман е добре илюстрирано с пример за захарта.
Постепенното „разпространение“ на захарта в целия обем вода увеличава разстройството д, и следователно (тъй като логаритъмът д се увеличава с увеличаване д) ентропията също се увеличава. Съвсем ясно е, че всеки приток на топлина отвън увеличава интензивността на топлинното движение, тоест в противен случай се увеличава д и по този начин увеличава ентропията. Това, че е точно така, е особено очевидно, когато се опитате да разтопите кристал. В този случай грациозното и стабилно разположение на атомите или молекулите се нарушава и кристалната решетка се превръща в непрекъснато променящо се произволно разпределение на атомите.