Pregunta sobre la entropía

Question

Todos mis libros de texto mencionar, que la entropía-cambio de todos espontánea de la física y de procesos químicos es positivo, y de que tales procesos se necesita otra condición a cumplir - disminución en la red interna de energía del sistema, tomando parte en el proceso.

Sólo quiero saber lo que es la razón detrás de esta tendencia de un sistema a aumentar su entropía, y a perder su interior-energía.

Answer 1

Esta es una excelente pregunta y una que yo siento es tan filosófico como científico.

Para la entropía, uno debe descartar la definición de "trastorno", y recuerda que la entropía es simplemente un recuento del número de estados en los que uno puede encontrar a un sistema. Tomar una baraja de cartas. Todos los arreglos de una baraja son igualmente probables. Sin embargo, se le asigna una cierta cantidad de "orden" a uno sobre el otro, como en una terraza nueva orden. Sin embargo, esta nueva plataforma orden es sólo una de las 52! (52 factorial). Es mucho más probable encontrar a la cubierta en la que se considere un estado desordenado. Usted puede pensar en ella de la siguiente manera. Si les entregue una nueva marca de la cubierta, y le pido que retire una tarjeta, y colocarlo en algún lugar en la cubierta, hay sólo una posición para colocar la tarjeta que conserva esta orden, y 51 otras personas que crean menos un estado ordenado. Por lo tanto, si se mueve de cualquier sistema que suceden al azar, es la tendencia a que el sistema para encontrar y viento en los estados que son mucho más "desordenada", para nuestro punto de vista.

En cuanto a la energía, todavía lucho con esto ya que no es tan simple manera de entenderlo. Supongo que me he reconciliado por refutar la contraria: sistemas continuamente ganando más y más energía. Esto simplemente no se traduciría en el universo en el que nos encontramos. Si los sistemas fueron continuamente para obtener energía, o más bien se comportan de tal manera como para obtener energía, que iba a terminar en los bolsillos de la materia que llegaría a experimentar algún tipo de fisión nuclear como la energía en los sistemas sería demasiado alto (supongo que los enlaces químicos habría roto mucho antes, pero eso es un problema cuando estamos tratando de mostrar por qué la mínima sistemas son lo que tiene que pasar). Supongo que se podría decir también que al minimizar su energía, permitir que otros sistemas, el resto del universo para explorar más posibilidades, y la entropía de respuesta obras.

Answer 2

Tal vez mi subsiguiente respuesta va a ser un poco demasiado simple para ser satisfactorio para usted, pero sólo tengo una comprensión firme de las cosas cuando me mantenerlo simple.

Vamos a considerar la mecánica estadística y la mirada en el Ensemble Canónico (donde hay un número constante de partículas [N], volumen [V], y la temperatura [T]). Los componentes que conforman este sistema quiere alcanzar el equilibrio, porque así es como se comportan los sistemas termodinámicos. El punto de equilibrio, en la Canónica Conjunto se define como el punto en el que el Helmholtz Energía Libre, Una, se reduce al mínimo, y se define como: A = U - TS, donde U es la energía potencial (un valor negativo) y S es la entropía. La entropía se define también en stat mech como S = -k ln(W) donde k es la constante de Boltzmann y t es el número de microstates en un sistema.

¿Qué significa esto? Un sistema en equilibrio no siempre aumentar su entropía, sino que minimiza su energía libre y una manera de minimizar la energía libre es la maximización de la entropía. Vamos a considerar los tres estados diferentes de H2O: a bajas temperaturas, los enlaces de hidrógeno (es decir, la energía potencial) dominar la energía libre y el sistema existe como una baja entropía sólido. A temperaturas intermedias, ni el potencial de la energía o entropía de dominar y su líquido. A altas temperaturas, la entropía término domina y las moléculas de agua existir lejos de cada uno de los otros con el fin de tener un número muy elevado de microstates, y muy poco de la energía potencial.

Answer 3

Su pregunta "...¿cuál es la razón detrás de esta tendencia de un sistema a aumentar su entropía, y a perder su interior-energía" confunde dos totalmente diferentes situaciones. La entropía es maximizada en un proceso espontáneo más de sus variables, de modo que la suma total de los amplios parámetros se mantienen constantes. Por ejemplo, la energía total y el volumen total se mantiene constante mientras tanto, la falta de homogeneidad se suavizan. El otro caso es cuando la energía interna es minimizado asume que el total de la entropía y el de otros parámetros de configuración, tales como el volumen total, se mantienen constantes. Aviso que este caso se refiere a un proceso adiabático reversible en el que la entropía total del sistema no cambia.

Usted puede leer acerca de esto en Callen del capítulo 5.1 de la TERMODINÁMICA E INTRODUCCIÓN A la THERMOSTATISTICS" Aquí hay una cita:

"La situación física pertenecientes a un sistema termodinámico es muy muy similar a la situación geométrica descrita. De nuevo, cualquier estado de equilibrio puede ser caracterizado como un estado de máxima la entropía de energía o como un estado de mínima energía para un determinado la entropía. Pero estos dos criterios, no obstante, sugieren dos formas diferentes de alcanzar el equilibrio. Como una ilustración de estos dos enfoques para equilibrio, considere la posibilidad de un pistón fijado inicialmente en algún punto en un circuito cerrado el cilindro. Estamos interesados en llevar el sistema hacia el equilibrio sin la restricción en la posición del pistón. Simplemente podemos quitar de la restricción y permitir el equilibrio para establecer espontáneamente; el aumenta la entropía y la energía se mantiene constante por el cierre de condición. Este es el proceso sugerido por el principio del máximo de la entropía. Alternativamente, se puede permitir que el pistón se mueva muy lentamente, reversi- bly haciendo un trabajo sobre un agente externo hasta que se haya movido a la posición que iguala la presión en los dos lados. Durante este proceso la energía es retirado del sistema, pero su entropía permanece constante (el proceso de es reversible y no fluye el calor). Este es el proceso sugerido por el energía el principio de mínima. El hecho fundamental, deseamos resaltar, sin embargo, es que independientemente de que el equilibrio se produce por cualquiera de estos dos procesos, o por cualquier otro proceso, el final de un estado de equilibrio en cada caso satisface tanto extremal condiciones."

Answer 4

Usted habla de dos ", que rivaliza con el de las fuerzas": la maximización de la entropía versus la minimización de la energía interna. Creo que de esta manera:

Considerar el Helmholtz energía $A$: $$ A = U-TS $$ La fijación de la temperatura de $T$, podemos describir una sponatneous cambio en $A$ $$ dA = dU - TdS $$ y aquí no se puede ver, en su argumentación viene de: Minimización de $A$ (o un "cambio espontáneo", $dA \leq 0$) puede ser logrado mediante la maximización de la $dS$ o minimizar $dU$. Sin embargo, la tendecy para bajar el $A$ es sólo debido al aumento de la entropía del sistema y los alrededores - por así decir un estado de "máxima entropía global".

Tomemos, por ejemplo, un sistema con constante$T$$V$. Entonces, podemos decir $dS$ es el cambio de entropía del sistema y $-\frac{dU}{T}$ es el cambio de entropía del medio ambiente y de los dos juntos tienden a la máxima.

Otro buen ejemplo (véase Atkins "Química Física") sería una espontánea reacción química, donde el cambio en la energía de Gibbs $dG$ es: $$ dG = dH -TdS \leq 0 $$ De forma análoga, podemos debatir sobre la rivalidad entre la entropía y la entalpía $H$. Para una reacción endotérmica, el cambio en la entalpía es lager cero: $$ dH > 0 \,. $$ Puesto que la reacción es espontánea, $dG < 0$, de ello se sigue, que la entropía plazo $TdS$ "es más fuerte" de $dH$ (sin apretar hablado). Ya que yo no soy el mejor con palabras, permítanme citar Atkins:

"Las reacciones endotérmicas son, por tanto, impulsado por el aumento de la entropía del sistema, y este cambio de entropía supera la reducción de la entropía producida en el entorno por la entrada de calor en el sistema..." (Atkins, "Química Física", página 117)

Por lo que este fenómeno puede ser explicado con la imagen de la entropía de las fuerzas motrices.