Quelle est la formule d’entropie de Boltzmann – Définition

Formule d’entropie de Boltzmann

En thermodynamique et en physique statistique, l’ entropie est une mesure quantitative du désordre ou de l’énergie dans un système pour travailler.

En physique statistique, l’entropie est une mesure du désordre d’un système. Ce à quoi se réfère le désordre, c’est vraiment le nombre de configurations microscopiques , W , qu’un système thermodynamique peut avoir lorsqu’il est dans un état tel que spécifié par certaines variables macroscopiques ( volume , énergie , pression et température ). Par «états microscopiques», nous entendons les états exacts de toutes les molécules composant le système.

Mathématiquement, la définition exacte est:

Entropie = (constante de Boltzmann k) x logarithme du nombre d’états possibles

S = k _B logW

Cette équation, connue sous le nom de formule d’entropie de Boltzmann , relie les détails microscopiques, ou microstats, du système (via W ) à son état macroscopique (via l’ entropie S ). C’est l’idée clé de la mécanique statistique. Dans un système fermé, l’entropie ne diminue jamais, donc dans l’Univers l’entropie augmente irréversiblement. Dans un système ouvert (par exemple, un arbre en croissance), l’entropie peut diminuer et l’ordre peut augmenter, mais seulement au détriment d’une augmentation de l’entropie ailleurs (par exemple au Soleil).

Irréversibilité des processus naturels

Selon le deuxième principe de la thermodynamique:

L’entropie de tout système isolé ne diminue jamais. Dans un processus thermodynamique naturel, la somme des entropies des systèmes thermodynamiques en interaction augmente.  

Cette loi indique l’ irréversibilité des processus naturels . Les processus réversibles sont une fiction théorique utile et pratique, mais ne se produisent pas dans la nature. De cette loi découle qu’il est impossible de construire un dispositif qui fonctionne sur un cycle et dont le seul effet est le transfert de chaleur d’un corps plus froid vers un corps plus chaud. Il s’ensuit que les machines à mouvement perpétuel du deuxième type sont impossibles.

Entropie à Absolute Zero

Selon le troisième principe de la thermodynamique:

L’entropie d’un système se rapproche d’une valeur constante lorsque la température approche du zéro absolu.

Sur la base de preuves empiriques, cette loi stipule que l’ entropie d’une substance cristalline pure est nulle au zéro absolu de la température , 0 K et qu’il est impossible, par quelque procédé que ce soit, idéalisé, de réduire la température d’un système au zéro absolu en un nombre fini d’étapes. Cela nous permet de définir un point zéro pour l’énergie thermique d’un corps.

Le zéro absolu est la température théorique la plus froide, à laquelle le mouvement thermique des atomes et des molécules atteint son minimum. Il s’agit d’un état dans lequel l’enthalpie et l’entropie d’un gaz parfait refroidi atteint sa valeur minimale, prise à 0. Classiquement , ce serait un état d’ immobilité , mais l’ incertitude quantique dicte que les particules possèdent toujours une énergie finie au point zéro . Le zéro absolu est noté 0 K sur l’échelle Kelvin, −273,15 ° C sur l’échelle Celsius et −459,67 ° F sur l’échelle Fahrenheit.