Entroopia
Entroopia S kirjeldab, kui paljud mikroskoopilised olekud vastavad samale makroskoopilisele olekule ja kui hajutatult on energia nende vahel jaotunud. „Korratus” on vaid piiratud võrdpilt. Termodünaamikas on pöörduva tee korral ΔS = qrev/T ja statistikas S = kB ln Ω.
Visuaalne mudel
Skeem on mõtteline; mõõtkavad ei ole sõnasõnalised.
Interaktiivne arvutus
Mikroolekud
Ω tähistab ligipääsetavate mikroolekute arvu. Suurem Ω tähendab suuremat entroopiat. Logaritm teeb entroopia aditiivseks: sõltumatute süsteemide mikroolekute arvud korrutuvad, kuid entroopiad liituvad.
Iga rakenduse alguses tasub määratleda süsteem, alg- ja lõppolek ning ühikud. Mõõtmete kooskõla on tugev kontroll: liita saab ainult sama mõõtmega suurusi ning märgi valik peab vastama kokkulepitud füüsikalisele suunale. Nii saab vea avastada juba enne arvulise tulemuse hindamist.
Soojus ja temperatuur
Pöörduva elementaarse soojusülekande korral dS = δqrev/T. Sama soojushulk põhjustab madalamal temperatuuril suurema entroopiamuutuse. Mittepöörduva protsessi ΔS leidmiseks võib valida sama alg- ja lõppolekut ühendava mõttelise pöörduva tee.
Valem ei asenda füüsikalist mudelit. Enne arvude sisestamist tuleb kontrollida, millised muutujad on püsivad, millised vastastikmõjud kuuluvad süsteemi ja kas kasutatav suurus on skalaar või vektor. Matemaatiliselt korrektne tehe võib muidu kirjeldada valet füüsikalist olukorda.
Faasimuutused ja segunemine
Sulamine ja aurustumine suurendavad tavaliselt entroopiat, sest osakestele avaneb rohkem võimalikke asendeid ja liikumisviise. Tasakaalutemperatuuril ΔSüleminek = ΔHüleminek/T. Ka erinevate ideaalgaaside segunemine kasvatab ruumiliste mikroolekute arvu.
Katsetes saadakse suurused lõpliku täpsusega mõõtmistest. Mõõteriista valik, kalibreerimine, soojus- või hõõrdekaod ja keskkonnatingimused mõjutavad tulemust. Rohkem komakohti kui lähteandmed õigustavad ei suurenda mõõtmise tegelikku informatsiooni.
Teine seadus
Isoleeritud süsteemi korral ΔSkokku ≥ 0. Spontaanne mittepöörduv protsess suurendab kogu entroopiat; pöörduvas piirjuhus on muutus null. Ühe alamsüsteemi entroopia võib väheneda, kui ümbruse kasv on sellest suurem.
Igal lihtsal mudelil on kehtivuspiirkond. Tasub küsida, milline eeldus laguneb esimesena väga suure rõhu, kiiruse, sügavuse, temperatuuri või amplituudi korral. Piiride kirjeldamine kuulub mudeli juurde sama loomulikult nagu põhivõrrandi kasutamine.
Standardsed molaarsed entroopiad
Tabelites antakse S° ühikutes J·mol⁻¹·K⁻¹. Reaktsiooni ΔS° saadakse ΣνS°(saadused) − ΣνS°(lähteained). Gaasidel on sageli suurem S° kui vedelikel või tahkistel, kuid kvantitatiivne järeldus tuleb teha tegelike väärtuste järgi.
Lõpuks kontrollitakse suurusjärku ja piirjuhtu. Kui mõni parameeter nullida või kahekordistada, peab ennustatud muutus sobima kirjeldatud mehhanismiga. Selline kontroll paljastab sageli vale märgi, ühiku või võrdelisuse enne keerukamat arvutust.
Ülesanded
Ülesanne 1
1000 J kandub pöörduvalt üle temperatuuril 250 K. Leia ΔS.
Lahendus: ΔS = 1000/250 = 4,00 J·K⁻¹.
Ülesanne 2
Sulamisentalpia on 6,0 kJ·mol⁻¹ temperatuuril 300 K. Leia ΔS.
Lahendus: ΔS = 20 J·mol⁻¹·K⁻¹.
Ülesanne 3
Ω suureneb kümme korda. Kuidas muutub S?
Lahendus: ΔS = kB ln 10 > 0.