Boltzmanns Entropieformel
Mathematisch lautet die genaue Definition:
Entropie = (Boltzmannsche Konstante k) x Logarithmus der Anzahl möglicher Zustände
S = k B logW
Diese als Boltzmannsche Entropieformel bekannte Gleichung bezieht die mikroskopischen Details oder Mikrozustände des Systems (über W ) auf seinen makroskopischen Zustand (über die Entropie S ). Es ist die Schlüsselidee der statistischen Mechanik. In einem geschlossenen System nimmt die Entropie niemals ab, so dass die Entropie im Universum irreversibel zunimmt. In einem offenen System (zum Beispiel einem wachsenden Baum) kann die Entropie abnehmen und die Ordnung zunehmen, jedoch nur auf Kosten einer Zunahme der Entropie an einem anderen Ort (z. B. in der Sonne).
Die Reihenfolge nimmt ab.
Die Entropie nimmt zu.
Irreversibilität natürlicher Prozesse
Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik:
Die Entropie eines isolierten Systems nimmt niemals ab. In einem natürlichen thermodynamischen Prozess nimmt die Summe der Entropien der wechselwirkenden thermodynamischen Systeme zu.
Dieses Gesetz gibt die Unumkehrbarkeit der natürlichen Prozesse . Reversible Prozesse sind eine nützliche und bequeme theoretische Fiktion, kommen aber in der Natur nicht vor. Aus diesem Gesetz folgt, dass es unmöglich ist, eine Vorrichtung zu konstruieren, die in einem Zyklus arbeitet und deren einzige Wirkung die Übertragung von Wärme von einem kühleren Körper auf einen heißeren Körper ist. Daraus folgt, dass Perpetual-Motion-Maschinen der zweiten Art unmöglich sind.
Entropie bei absolutem Nullpunkt
Nach dem dritten Hauptsatz der Thermodynamik:
Die Entropie eines Systems nähert sich einem konstanten Wert, wenn sich die Temperatur dem absoluten Nullpunkt nähert.
Basierend auf empirischen Beweisen besagt dieses Gesetz, dass die Entropie einer reinen kristallinen Substanz beim absoluten Nullpunkt der Temperatur 0 K Null ist und dass es mit keinem noch so idealisierten Verfahren möglich ist, die Temperatur eines Systems zu senken in einer endlichen Anzahl von Schritten auf den absoluten Nullpunkt. Dies ermöglicht es uns, einen Nullpunkt für die Wärmeenergie eines Körpers zu definieren.
Absoluter Nullpunkt ist die kälteste theoretische Temperatur, bei der die thermische Bewegung von Atomen und Molekülen ihr Minimum erreicht. Dies ist ein Zustand, in dem die Enthalpie und Entropie eines abgekühlten idealen Gases ihren Minimalwert von 0 erreicht. Klassischerweise wäre dies ein Zustand der Bewegungslosigkeit , aber die Quantenunsicherheit schreibt vor, dass die Teilchen immer noch eine endliche Nullpunktsenergie besitzen . Der absolute Nullpunkt wird auf der Kelvin-Skala als 0 K, auf der Celsius-Skala als –273,15 ° C und auf der Fahrenheit-Skala als –459,67 ° F bezeichnet .
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