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Entropie

Entropie

Dans la thermodynamique classique, le premier champ dans lequel l'entropie est introduit, S est une fonction de l'état d'un système en équilibre thermodynamique, qui, par quantification de l'indisponibilité d'un système de production de travail, il est introduit en même temps avec le second principe de la thermodynamique. Sur la base de cette définition, nous pouvons dire, d'une manière explicative mais non pas stricte, que lorsqu'un système se déplace d'un état d'équilibre, il ordonne à un système désordonné d'augmenter son entropie; ce fait fournit des indications sur la direction dans laquelle un système évolue spontanément.

Entropie et désordre

Le concept d'entropie est assez complexe et pour comprendre pleinement sa signification, au moins une connaissance de base de la thermodynamique et de la mécanique quantique est nécessaire; En effet, il y a au moins deux entropie définitions strictes. Définition macroscopiques fournies par la thermodynamique et la définition microscopique fournie par la mécanique quantique

Cependant, il est possible de donner une explication simplifiée de l'entropie, en l'interprétant comme le «degré de désordre» d'un système. Par conséquent, une augmentation du «désordre» d'un système est associée à une augmentation de l'entropie, tandis qu'une diminution du «désordre» d'un système est associée à une diminution de l'entropie; Cependant, il est nécessaire de clarifier que le désordre est relatif, pour cette raison l'explication simplifiée n'est pas équivalente à l'exacte, mais sert à représenter le concept.

D'autres systèmes qui peuvent prendre différents degrés de désordre sont des matériaux métalliques. En fait, ils peuvent prendre les structures suivantes:

  • structure cristalline (ordonnée): les atomes sont disposés de manière ordonnée; une structure cristalline est composée de plusieurs "cellules" de toute façon, se répétant dans l'espace; dans ce cas, nous parlons de "ordre à long terme"
  • structure polycristalline (partiellement ordonnée): il y a plus de "cristaux" (structures ordonnées) dans le matériau; dans ce cas, on parle d'ordre "à courte distance";
  • structure amorphe (désordonnée): les atomes sont disposés de manière complètement désordonnée; il n'y a pas d'ordre à court terme ou d'ordre à long terme.

Structures de trouble matériau métallique augmente également en présence de soi-disant « défauts cristallins » (y compris l'inclusion de ces autres atomes ou l'absence d'un atome dans un réseau de position), dont la présence conduit à une augmentation du contenu entropique du matériel.

Postulat d'entropie

Une propriété fondamentale, aussi appelée (incorrectement) postulée comme entropie, indique que dans un système isolé, l'entropie S du système ne diminue jamais et, au cours d'un processus irréversible ordinaire, augmente. La démonstration est la suivante: considérer un système isolé, à la fois mécaniquement et thermiquement, qui, en raison d'une perturbation interne, conduit d'un état 1 à un état 2. Etre entropique une fonction de l'état, par définition, la variation de dépend du chemin suivi, mais sur l'état initial et final, il est possible de concevoir un processus réversible qui nous amène de 2 à 1.

Energie et entropie

Si l'on suppose que l'univers est un système isolé, à savoir un système pour lequel il est impossible de matériau d'échange et de l'énergie vers l'extérieur, les première et deuxième lois de la thermodynamique peuvent être résumés comme suit:

L'énergie totale de l'univers est constante et l'entropie totale augmente continuellement jusqu'à atteindre un équilibre.

déclaration valide pour tout système isolé.

Cela signifie que non seulement il ne peut ni créer ni détruire d'énergie, ni qu'il peut complètement se transformer d'une forme à l'autre sans qu'une partie se dissipe sous forme de chaleur.

Si, par exemple, un morceau de charbon est brûlé, l'énergie est conservée et convertie en énergie en dioxyde de carbone, du dioxyde de soufre et d'autres résidus de combustion, et sous forme de chaleur. Bien que le processus n'ait pas perdu d'énergie, nous ne pouvons pas inverser le processus de combustion et recréer le morceau de charbon originel à partir de ses déchets.

Le deuxième principe de la thermodynamique peut donc être réécrit comme suit:

Chaque fois qu'une certaine quantité d'énergie est convertie d'une forme à une autre, il y a une pénalité qui consiste en la dégradation d'une partie de l'énergie elle-même sous forme de chaleur. Cette partie ne sera pas utilisable pour produire du travail.

L'état dans lequel l'entropie atteint sa valeur maximale et il n'y a plus d'énergie disponible pour effectuer le travail s'appelle un état d'équilibre. Pour l'ensemble de l'univers, conçu comme un système isolé, cela signifie que la conversion progressive du travail en chaleur (pour le principe d'augmentation de l'entropie totale), devant une masse de l'univers fini, conduira finalement à un état où tout l'univers sera dans des conditions de température uniforme; la soi-disant mort thermique de l'Univers.

L'entropie caractérise le verset de toute transformation réelle comme une transformation irréversible: en effet, elle revient également d'un état final à un état identique à l'état initial par température, volume, pression ou autres paramètres, comme cela se produit continuellement dans les cycles d'une machine thermique, Au moins une variable physique différait de l'endroit où vous avez commencé: l'entropie (qui a inévitablement augmenté).

 

Toute transformation réelle est une transformation irréversible parce que l'entropie augmente; inversement, l'hypothèse de l'idéalité est équivalente à l'hypothèse d'un changement de l'entropie nulle.

Histoire et définition de l'entropie

Le concept d'entropie a été introduite au début du XIXe siècle, dans le contexte de la thermodynamique, pour décrire une caractéristique (généralement observée pour la première fois depuis Sadi Carnot en 1824) de tous les systèmes connus alors, en qu'il a été observé que les transformations se sont produites spontanément dans une direction, une vers le plus grand désordre.

En particulier, le mot "entropie" a été introduit pour la première fois par Rudolf Clausius dans son Abhandlungen über die mechanische Wärmetheorie (Traité sur la théorie de la chaleur mécanique), publié en 1864. En allemand, Entropie dérive du grec ¼ & nu; dans, "dedans", et de & tau; & rho; & omicron; & pi; Î trope, "changer", "tourner", "tourner" (dans le modèle Energie, "énergie") .. "): Pour Clausius indique où l'énergie fournie à un système se termine correctement Clausius prétend se référer à la relation entre le mouvement intérieur (avec le corps ou le système) et l'énergie ou la chaleur interne, lien d'état exprimant la grande perspicacité des Lumières, qui en quelque sorte la chaleur devrait se référer au mouvement mécanique des particules dans le corps, en fait il a été défini comme la relation entre la somme de petits incréments (infinitésimaux) de la chaleur, divisée par la température absolue pendant le changement d'état.

Pour clarifier le concept d'entropie, nous pouvons présenter quelques exemples:

  • Placer une goutte d'encre dans un verre d'eau: on observe qu'au lieu de rester une goutte plus ou moins séparée du reste de l'environnement (ce qui serait un état complètement ordonné), l'encre commence à se répandre et, dans un certain temps, un mélange uniforme est obtenu (état complètement désordonné). C'est une expérience courante que, bien que ce processus se produise spontanément, le processus inverse, qui sépare l'eau et l'encre, nécessite de l'énergie externe.
  • Imaginez un parfum contenu dans une fiole pleine comme un ensemble de molécules ponctuelles avec une certaine vitesse dérivée de la température du parfum. Alors que la bouteille est recouverte, c'est-à-dire isolée du reste de l'univers, les molécules seront forcées de rester à l'intérieur et, n'ayant pas d'espace (la bouteille est pleine), elles resteront assez ordonnées (état liquide). Lorsque la bouteille est débouchée, les molécules à la surface du liquide vont commencer à se détacher des autres et, se heurtant accidentellement entre elles et contre les parois de la bouteille, sortiront de cette dispersion extérieure (évaporation).). Après un certain temps, toutes les molécules seront libérées et dispersées. Même si au hasard une molécule tombe dans la bouteille, le système général est désordonné et l'énergie thermique qui a mis le phénomène en mouvement est dispersée et, par conséquent, n'est plus récupérable (il y a un équilibre dynamique).

Le concept d'entropie a connu une grande popularité au XIXe et XXe siècle, grâce à la large gamme de phénomènes qui aide à décrire, allant même au-delà de la portée de physique et purement adopté par les sciences sociales, la théorie le signal, en informatique théorique et en économie. Cependant, il est bon de noter qu'il existe une classe de phénomènes tels phénomènes non linéaires (tels phénomènes chaotiques) pour lesquels les lois de la thermodynamique (et donc l'entropie) devrait être revu largement et ne plus la validité générale .

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Dernier examen: 9 mai 2018

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