Entropia?
Salve ragazzi, ieri abbiamo affrontato il concetto di entropia in termodinamica. Per "visualizzare" tale concetto possiamo pensarlo come, per esempio, l'"utilizzabilità" dell'energia relativa alle macchine termiche. Se l'entropia di un oggetto aumenta vuol dire che vi è più "disordine" e la sua energia è più difficilmente utilizzabile, come un corpo che striscia su un piano ruvido e lo scalda a causa dell'attrito.
Adesso prendiamo l'espansione libera adiabatica di un gas perfetto, tale trasformazione è irreversibile, non si può tornare al punto iniziale. Per calcolare $ \Delta S $ consideriamo una trasformazione reversibile (p.e. un isoterma) e qundi sappiamo che $ \Delta S = int (\delta Q )/ T > 0 $ . Questo è giustificato dal fatto che $ \Delta S $ è una funzione di stato quindi è importante il punto iniziale e il punto finale e non con quale trasformazione si passi dai due. Lì'isoterma è reversibile, perchè si può percorrere in entrambi sensi, ma bisogna sempre applicare lavoro al gas.
Dopo abbiamo introdotto $ \Delta S_U $ che sarebbe l'entropia dell' " universo " ovvero del sistema + l'ambiente e abbiamo affermato che per trasformazioni reversibili : $ \Delta S_U $ = 0 mentre per quelle irreversibili è >0 .
Ma nel caso esposto prima abbiamo seguito una trasformazione reversibile per calcolare S ma allora non dovrebbe essere 0 ? Probabilmente non è chiaro cosa voglia dire reversibile o irreversibile. Inoltre qualsiasi coppia di punti sul grafico P V può essere collegato con trasformazioni reversibili e irreversibili, quindi ?
Adesso prendiamo l'espansione libera adiabatica di un gas perfetto, tale trasformazione è irreversibile, non si può tornare al punto iniziale. Per calcolare $ \Delta S $ consideriamo una trasformazione reversibile (p.e. un isoterma) e qundi sappiamo che $ \Delta S = int (\delta Q )/ T > 0 $ . Questo è giustificato dal fatto che $ \Delta S $ è una funzione di stato quindi è importante il punto iniziale e il punto finale e non con quale trasformazione si passi dai due. Lì'isoterma è reversibile, perchè si può percorrere in entrambi sensi, ma bisogna sempre applicare lavoro al gas.
Dopo abbiamo introdotto $ \Delta S_U $ che sarebbe l'entropia dell' " universo " ovvero del sistema + l'ambiente e abbiamo affermato che per trasformazioni reversibili : $ \Delta S_U $ = 0 mentre per quelle irreversibili è >0 .
Ma nel caso esposto prima abbiamo seguito una trasformazione reversibile per calcolare S ma allora non dovrebbe essere 0 ? Probabilmente non è chiaro cosa voglia dire reversibile o irreversibile. Inoltre qualsiasi coppia di punti sul grafico P V può essere collegato con trasformazioni reversibili e irreversibili, quindi ?
Risposte
La seconda legge della Termodinamica ti dice che l'entropia di un sistema isolato durante un processo spontaneo aumenta. L'universo è un sistema isolato e quindi certamente ogni trasformazione spontanea fa aumentare l'entropia dell'universo.
I processi spontanei sono quei processi che avvengono "spontaneamente", ovvero senza che nessun fattore esterno intervenga.I processi spontanei hanno la caratteristica di essere sempre irreversibili.
Non so se è chiaro (ovviamente stiamo parlando sempre dal punto di vista della teoria della termodinamica classica). Ci sarebbe anche qualcosa da dire per cui ci viene in aiuto la termodinamica statistica.
I processi spontanei sono quei processi che avvengono "spontaneamente", ovvero senza che nessun fattore esterno intervenga.I processi spontanei hanno la caratteristica di essere sempre irreversibili.
Non so se è chiaro (ovviamente stiamo parlando sempre dal punto di vista della teoria della termodinamica classica). Ci sarebbe anche qualcosa da dire per cui ci viene in aiuto la termodinamica statistica.
Per rispondere alla domanda iniziale, cioè l'espansione libera adiabatica, il fatto che nella isoterma, che compie reversibilmente una trasformazione che ha stati iniziale e finale uguali al caso della adiabatica irreversibile, l'entropia del gas aumenti lo si vede facendo l'integrale, e questo integrale ha segno positivo perché vi è ingresso di calore nel gas.
La differenza nei due casi sta nell'entropia del'ambiente esterno: nel caso irreversibile essa non cambia, infatti l'espansione adiabatica non scambia calore con l'ambiente, che rimane a entropia inalterata. Dunque l'universo ha nel suo complesso un aumento di entropia (quella del gas).
Nel caso della isoterma reversibile invece, mentre l'entropia del gas aumenta della stessa quantità di prima, l'entropia dell'ambiente esterno invece diminuisce di pari entità perché cede calore. La somma algebrica dei due contributi è dunque nulla, e l'universo mantiene costante la propria entropia.
La differenza nei due casi sta nell'entropia del'ambiente esterno: nel caso irreversibile essa non cambia, infatti l'espansione adiabatica non scambia calore con l'ambiente, che rimane a entropia inalterata. Dunque l'universo ha nel suo complesso un aumento di entropia (quella del gas).
Nel caso della isoterma reversibile invece, mentre l'entropia del gas aumenta della stessa quantità di prima, l'entropia dell'ambiente esterno invece diminuisce di pari entità perché cede calore. La somma algebrica dei due contributi è dunque nulla, e l'universo mantiene costante la propria entropia.
Ho capito, grazie mille !
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