熱力学は、エントロピーとその仕組みを理解するのに役立つ重要な概念です。エントロピーとは？これは、物理学と化学のさまざまな側面に適用される熱力学的物理特性です。分子システムにおけるランダム性または無秩序の状態はエントロピーです。ルドルフ・クラウジウスは、1850 年にエントロピーの概念を初めて導入しました。これは主に、古典的な熱力学系の特性として説明および適用されています。システムの乱れはエントロピーとして知られており、乱れが大きいほどエントロピーは大きくなります。これは熱を発生させるプロセスです。エントロピーの意味は、熱力学の第 2 法則と第 3 法則の中心です。このトピックでは、エントロピーと、それがシステムにどのように適用されるかについて説明します。
エントロピー?意味と計算
エントロピーは、システム内のランダム性の尺度です。高いほどシステムのランダム性が高くなり、高いほど熱が発生します。
エントロピーは可逆プロセスです。エントロピーの単位は、ジュール/ケルビン (J.K-1) または kg.m2.s-2.K-1 の単位です。
高度に組織化されたシステムはエントロピーが低く、高度に組織化されていないシステムはエントロピーが高くなります。
エントロピーは、構造の不規則性に基づいて測定されます。固体は規則的に配置されているため、固体のエントロピーは最も低くなります。ガスは、整理されていないため、エントロピー値が高くなります。
エントロピーは S で表され、エントロピーの変化は ΔS で表されます。全エントロピーは、次のように示すことができる任意の種類の自発的なプロセスまたはシステムです:
温度はエントロピーに反比例します。エントロピーの変化は、熱の変化 (ΔQ) として定義され、絶対温度に可逆的に比例します。エントロピー変化の間、エントロピーの式は
ΔS =ΔQ/T
ここで、ΔS =エントロピーの変化
ΔQ =等温的に放出または吸収される熱量
T =温度
システムが平衡状態で最大に達すると、エントロピーの変化はゼロになります。これは次のように表されます:
ΔStotal =ΔSsystem + ΔSsurroundig
熱力学および物理化学の分野では、エントロピーは次の式によって系の内部エネルギーに関連付けられます:
dU =TdS – pdV
場所
dU =内部エネルギーの変化
T =絶対温度
dS =エントロピーの変化
p =外圧
dV =音量の変化
熱力学第一法則によるエントロピーとは?
熱力学の第一法則によれば、エネルギーは生成も破壊もされませんが、エネルギーは保存されます。システムの内部エネルギーの変化は、システムによって得られる熱または失われる熱の合計に等しくなります。したがって、熱力学の第一法則によると:
物質の状態が変化するとエントロピーが増加します。これは、固体状態のエントロピーが最も低く、気体状態のエントロピーが最も高いことを意味します。
熱力学第二法則によるエントロピーとは?
熱力学は、システム内の熱変化または熱伝達の研究です。ある物体から別の物体への熱の伝達を研究するのに役立ちます。熱力学の第 2 法則によると、閉じた系の全エントロピーは減少できません。あるシステムのエントロピーは、別のシステムのエントロピーを上げることによって減少します。熱力学の第 2 法則によると、すべての自然発生的なプロセスは系のエントロピーの正味の増加を必要とするため、エントロピーは継続的に増加します。したがって、次のように述べることができます:
「自然発生的なプロセスでは、宇宙のエントロピー率は常に増加します」.したがって、宇宙のエントロピーは常に増加しています。
で表されますΔSuniverse =ΔSsystem + ΔSsurrounding (常に>0)
システムが平衡状態の場合、ΔSsystem =0
不可逆過程のΔSsystem≠0
したがって、自発的で不可逆的なシステムの場合、値 ΔS>0.
熱力学第三法則によるエントロピーとは?
絶対温度がゼロに近づくと、純粋な結晶性固体のエントロピーはゼロに近づきます。システムのランダム性またはエントロピーは、絶対温度がゼロのときに最小になります。システムの熱は温度の低下とともに減少し、絶対温度は最低になります。熱力学の第 3 法則は、系のエントロピーが絶対零度で完全に秩序化されているという事実に基づいています。
エントロピーとエントロピーの例
エントロピーとは?エントロピーの例は、そのアプリケーションを理解するのに役立ちます。エントロピーとその日常生活への応用の例を次に示します。
温水と冷水が混ざるとエントロピーが増加します。エントロピーの増加は、エネルギーをより高いレベルからより低いレベルへと分解し、仕事は行われません。
塩を水に溶かすと、塩の結晶が分解されるため、エントロピーが増加します。水はナトリウム原子と塩素原子を分割します。これにより、水分子内のイオンの自由な動きが促進され、エントロピーが増加します。
食品の冷却、特に水から氷への変換は、エントロピーの減少の一例です。
結論
エントロピーは、さまざまな日常活動に関連付けられているため、熱を伴うエネルギー状態の変化です。では、熱力学的にエントロピーとは何ですか?これは、熱伝達の変化に役立つ熱力学の第 1、第 2、および第 3 法則によって表されます。システム内のランダム性が高い場合、エントロピー率が高いことで特徴付けられますが、システム内の分子のランダム性は低くなります。エントロピーが低い。
