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エントロピーに関する注意


エントロピーは、プロセスで拡散する亜原子粒子のエネルギー量の定性的な尺度であり、システムの統計的確率または他の熱力学的特性の観点から表すことができます。エントロピーは、プロセスの経路を記述するために使用される熱力学的変数です。たとえば、特定の方向に発生する可能性がある自発的なプロセスであるか、逆に発生する可能性がある非自発的なプロセスであるかなどです。日常の多くの出来事について、エントロピーの概念は自然変化の経路をより深く理解するのに役立ちます。

エントロピーについて

ルドルフ・クラウジウス

ルドルフ・クラウジウスは、処置中に発生する自然な熱流を温度に関連付ける新しい熱力学的特性を提案しました。可逆熱 (qrev) とケルビン温度の比率を使用して、この新しい機能 (T) を表現しました。他の熱力学的特性と同様に、この新しい量は状態関数です。つまり、その変化は系の初期状態と最終状態にのみ依存します。クラウジウスは 1865 年にこの属性エントロピー (S) を特定し、プロセスに対するその変化を次のように特徴付けました:





エントロピーの変化は、実際の不可逆的なプロセスが理論上のプロセスと同じ初期状態と最終状態を持つ場合に等しくなります。可逆プロセス。

エントロピー間の比較

固相の原子または分子は、互いに比較的安定した位置に拘束され、これらの位置の周りの小さな振動。液相中の原子または分子は、互いに比較的近くに留まりながら、互いの周りを移動したり、通り抜けたりすることができます。モーションの柔軟性が向上した結果、可能な粒子サイトの数が増加します。結果、Sliquid> Ssolid であり、固体を液体に変えるプロセス (融解) には、エントロピーの上昇 ΔS> 0 が伴います。同じ議論によると、逆のプロセス (凍結) のエントロピーは、ΔS <0.どの物質でも Sgas> Sliquid> Ssolid

エントロピーに影響する要因

粒子の構造

物質を構成する成分 (原子または分子) の配置は、そのエントロピーに影響を与えます。原子物質では、粒子の質量と量子化された並進エネルギー状態の分離との関係により、重い原子は軽い原子よりも特定の温度でより多くのエントロピーを持ちます。分子内の原子の数が増えると、分子が振動できる方法の数が増加し、潜在的な微小状態の量と系のエントロピーも増加します。

気温

運動分子によると、粒子の温度はその粒子の平均運動エネルギーに比例します。仮説。物質の温度が上昇すると、固体内の粒子がより広く振動し、液体や気体内の分子がより速く移動します。要素の個々の粒子のいくつかの間の運動エネルギーの分散も、低温よりも高温の方が広くなります (より分散されます)。その結果、物質のエントロピーは温度が上昇するにつれて上昇します。

粒子の振動

種のエントロピーは、粒子特性の変動の影響を受けます。 2 つ以上の別々の粒子タイプの組み合わせのエントロピーは、すべての粒子が同一である純粋な物質のエントロピーよりも大きくなります。これは、同一でないコンポーネントで構成されたシステムが持つことができるさまざまな配置と相互作用によるものです。その結果、溶解の段階にはエントロピーの上昇、ΔS> 0 が含まれます。

エントロピーの例

氷のスラブが溶けると、そのエントロピーが増加します。システムの不安定性が増していることは明らかです。氷は、水分子が結晶構造で結合してできています。氷が溶けると、粒子はエネルギーを獲得し、さらに広がり、構造を失い、液体になります。同様に、液体から気体に変化すると、液体から蒸気など、システムのエネルギーが増加します。

一方、エネルギーは枯渇する可能性があります。これは、蒸気が水に変わるとき、または水が氷に変わるときに起こります。物は閉じたシステムにないので、第二法則は破られません。検討中のシステムのエントロピーは減少しているかもしれませんが、環境のエントロピーは増加しています。

結論

構造のマイクロステートの数 (システムを構成できるメソッドの数) と比率ケルビン温度への双方向の熱は、エントロピー (S) に接続されます。システムの「無秩序」を示すとよく言われ、システム内の物質および/またはエネルギーの分布または分散の測定値と見なすことができます。

エントロピーは、特定の温度で特定の物理的状態にある特定の物質の重い原子核またはより複雑な分子、Sgas> Sliquid> Ssolid で高くなることがよくあります。物体が加熱されたり、溶液が発生したりすると、エントロピーが上昇します。一部の化学プロセスのエントロピー変動の方向は、これらの規則を使用して確実に予測できます。



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