Entropi
Entropi S, aynı makroskopik duruma karşılık gelen erişilebilir mikrodurumların sayısını ve enerjinin bunlara nasıl dağıldığını ifade eder. “Düzensizlik” sözcüğü ancak kaba bir benzetmedir. Tersinir bir yol için ΔS = qrev/T, istatistiksel tanımda ise S = kB ln Ω kullanılır.
Görsel model
Şema kavramsaldır; ölçekler birebir fiziksel ölçek değildir.
Etkileşimli hesaplama
Mikrodurumlar
Ω erişilebilir mikrodurum sayısıdır; Ω arttıkça S de artar. Logaritma seçimi önemlidir: bağımsız sistemlerin mikrodurum sayıları çarpılırken entropileri toplanır. Böylece entropi kapsamlı bir termodinamik büyüklük olur.
Her uygulamada önce sistem, başlangıç-son durumları ve birimler açıkça tanımlanmalıdır. Boyutsal tutarlılık güçlü bir denetimdir: yalnız aynı boyuttaki nicelikler toplanabilir ve kullanılan işaret seçilen fiziksel yönle uyumlu olmalıdır. Bu kontrol sayısal sonuçtan önce birçok hatayı yakalar.
Isı ve sıcaklık
Tersinir küçük bir ısı aktarımı için dS = δqrev/T. Aynı ısı miktarı düşük sıcaklıkta daha büyük entropi değişimi oluşturur. Gerçek süreç tersinmez olsa bile, ΔS yalnız durumlara bağlı olduğundan aynı uç durumları bağlayan hayali tersinir bir yol kullanılabilir.
Bir denklem fiziksel modelin yerine geçmez. Sayıları yerleştirmeden önce hangi değişkenlerin sabit olduğu, hangi etkileşimlerin sisteme katıldığı ve büyüklüğün skaler mi vektörel mi olduğu belirlenmelidir. Matematiksel olarak doğru bir işlem, yanlış modele uygulanırsa fiziksel olarak yanlış sonuç verir.
Faz değişimleri ve karışma
Erime ve buharlaşma genellikle erişilebilir konum ve hareket sayısını artırdığı için entropiyi yükseltir. Faz geçiş sıcaklığında ΔSgeçiş = ΔHgeçiş/T. Farklı ideal gazların karışması da uzaysal mikrodurum sayısını artırır.
Deneysel nicelikler sonlu duyarlılıkla ölçülür. Alet seçimi, kalibrasyon, ısı ya da sürtünme kayıpları ve çevre koşulları sonucu etkileyebilir. Verilerin haklı çıkarmadığından daha fazla basamak yazmak ölçümün gerçek bilgi içeriğini artırmaz.
İkinci yasa
Yalıtılmış bir sistem için ΔStoplam ≥ 0. Kendiliğinden gerçekleşen tersinmez süreçlerde toplam entropi artar; tersinir sınırda değişim sıfırdır. Bir alt sistemin entropisi azalabilir, yeter ki çevredeki artış daha büyük olsun.
Her basit modelin bir geçerlilik aralığı vardır. Basınç, hız, derinlik, sıcaklık veya genlik çok büyütüldüğünde ilk hangi varsayımın bozulacağını sormak gerekir. Modelin sınırlarını belirtmek, ana bağıntıyı vermek kadar bilimsel açıklamanın bir parçasıdır.
Standart molar entropi
Tablolarda S° genellikle J·mol⁻¹·K⁻¹ birimindedir. Bir tepkime için ΔS° = ΣνS°(ürünler) − ΣνS°(girenler). Gazların S° değerleri çoğu zaman sıvı ve katılardan büyüktür, fakat nicel sonuç gerçek tablolardan hesaplanmalıdır.
Son olarak büyüklük mertebesi ve sınır durum kontrol edilir. Bir parametre sıfıra indirilir ya da iki katına çıkarılırsa öngörülen değişim mekanizmayla uyumlu olmalıdır. Bu basit kontrol yanlış işaret, birim veya orantıyı daha karmaşık analize geçmeden ortaya çıkarabilir.
Alıştırmalar
Alıştırma 1
1000 J ısı 250 K’de tersinir aktarılıyor. ΔS nedir?
Çözüm: ΔS = 1000/250 = 4,00 J·K⁻¹.
Alıştırma 2
Erime entalpisi 300 K’de 6,0 kJ·mol⁻¹. ΔS nedir?
Çözüm: 20 J·mol⁻¹·K⁻¹.
Alıştırma 3
Ω on katına çıkıyor. S nasıl değişir?
Çözüm: ΔS = kB ln 10 > 0.