În termodinamică, entropia este o mărime de stare care exprimă cât de aproape de echilibrul termodinamic; este o proprietate extensivă a unui sistem termodinamic. Noțiunea a fost introdusă de Rudolf Clausius pornind de la analiza reversibilității unor cicluri termodinamice pe baza ciclului ideal de randament maxim, ciclul Carnot. Este o funcție de stare caracterizată prin relația diferențială:
unde dQrev este cantitatea de căldură elementară (infinitezimală) schimbată cu exteriorul într-o transformare reversibilă, între starea A la care se referă entropia SA și starea de referință A0, iar T este temperatura absolută la care are loc transformarea. Matematicianul Constantin Carathéodory a elaborat o introducere a entropiei termodinamice bazată pe considerații geometrice legate de principiul al doilea al termodinamicii.
Elaborarea noțiunii Autorul noțiunii de entropie este Rudolf Clausius într-un articol științific din 1854 care conține un enunț privind suma căldurilor reduse, schimbate reversibil, într-un ciclu Carnot, pornind de la expresia randamentului ciclului Carnot, astfel: (teorema lui Carnot) de unde:
Clausius a extins analiza la un ciclu reversibil oarecare după formularea prealabilă a noțiunii căldură reversibilă a transformărilor unui agent de lucru implicat în ciclul Carnot (reversibilitatea căldurii schimbate se evidențiază prin lipsa necesității calorimetriei, în contrast cu căldura ireversibilă care necesită utilizarea calorimetriei). Pe această bază, într-un ciclu oarecare este valabilă proprietatea că integrala curbilinie a sumei căldurilor reversibile reduse și infinitezimale este nulă pe un contur închis, proprietate echivalentă cu independența de drum a integrandului și dependența numai de stările inițială și finală, de unde a obținut o diferențială a unei mărimi de stare, și anume raportul între căldura reversibilă elementară și temperatură - raport numit căldură redusă.
Numele entropie datează din 1865, dintr-un articol al aceluiași autor în care stabilește egalitatea fundamentală care leagă principiul întâi de principiul al doilea al termodinamiciiPetrescu 1981, p. 99.
Ulterior un alt autor, Josiah Willard Gibbs, în 1870, a aplicat noțiunea elaborată de autorul german pentru un gaz ideal la amestecurile gazoase, introducând pentru acestea noțiunea perete semipermeabilPetrescu 1981, p. 100 care permite efectuarea amestecării gazelor în mod reversibilȚițeica, p. 81-83, proces esențial pentru extinderea definiției entropiei la un amestec de gaze ideale, fără această operație mentală de reversibilizare nu se poate defini entropia unui amestecPetrescu 1981, p. 100.
Caratheodory a evidențiat existența entropiei ca o consecință a principiului al doilea al termodinamiciiGabos Gherman, p. 36.
Variația de entropie a unui sistem Diferența de entropie între două stări A și B se obține prin integrarea ecuației diferențiale a entropiei între stările indicate: Răduleț, R. și colab. Lexiconul Tehnic Român, Editura Tehnică, București, 1957-1966.
Entropia masică este raportul dintre entropia unui corp omogen și masa acestuia.
În cadrul unui sistem izolat desfășurarea proceselor este posibilă numai în sensul în care se produce creșterea entropiei.
În transformări simple la compoziție chimică constantă
Pentru anumite transformări simple în sisteme cu compoziție chimică constantă, modificările entropiei au expresii algebrice simple.
Pentru comprimarea (sau destinderea) unui gaz ideal de la un volum inițial și presiune inițială la un volum final și presiune finală la orice temperatură constantă, variația entropiei e:, unde e cantitatea de gaz (in moli) și constanta universală a gazelor. Aceste ecuații sunt valabile și pentru destinderea într-un vid finit în care temperatura, energia internă și entalpia unui gaz ideal rămân constante.
Diagrame entropice Entropia unei anumite stări, fiind o mărime de stare importantă pentru sistemele termodinamice, este folosită la reprezentări grafice ca mărime de referință a unei axe de coordonate. Diagramele care au entropia ca mărime de referință pentru una din axele de coordonate, se numesc diagrame entropice. Diagrama entropică T-s permite reprezentarea oricărei transformări reversibile.
Vezi și Entropie economică Entropie informațională Entropie statistică
Note
Bibliografie Zoltán Gábos, Oliviu Gherman, Termodinamică și fizică statistică, EDP, București, 1964, 1967 Stoian Petrescu, Valeria Petrescu, Principiile termodinamicii și mașinile termice - Mișcarea termică în univers și pe Pămînt, Editura Tehnică, București, 1981 Șerban Țițeica: Termodinamica, Editura Academiei Republicii Socialiste România, București, 1982.
Lectură suplimentară S. Petrescu, V. Petrescu, Ireversibilitate, Entropie, Timp..., Editura Tehnică, București, 1982 Stoian Petrescu, Valeria Petrescu, Principiile termodinamicii - Evoluție, fundamentări, aplicații, Editura Tehnică, București, 1983 Radu Grigorovici, Mircea Oncescu, Mărimi și unități în fizică, vol II, Editura Tehnică, București, 1958 V. Kirillin, V. Sîcev, A. Șeindlin, Termodinamica, Editura Științifică și Enciclopedică, 1985, (traducere din limba rusă)
Categorie:Teoria informației Categorie:Termodinamică Categorie:Funcții de stare