9. L’entropia

9.3 Definizione macroscopica di entropia Per distinguere il comportamento del calore alle diverse temperature, Clausius introdusse l’entropia. Variazione di entropia S(B) – S(A) di un sistema soggetto a una trasformazione dallo stato A allo stato B alla temperatura T Si misura in J / K Esempio 1 pag. 196.

9.4 L’entropia in un sistema isolato Si può dimostrare che, in un sistema isolato: S(B) – S(A) ≥ 0 se si hanno soltanto trasf. reversibili, l’entropia rimane costante; se, invece, avvengono trasformazioni irreversibili, queste ne aumentano sempre l’entropia Un particolare sistema isolato è l’Universo: siccome le trasformazioni reali sono irreversibili, l’entropia dell’Universo aumenta sempre Freccia nel tempo: il tempo trascorre nel verso a cui corrisponde un aumento costante di entropia. Possiamo distinguere “prima” e “dopo”. Nuovo enunciato del II principio: un sistema isolato perturbato giunge a una nuova condizione di equilibrio che corrisponde al massimo aumento di entropia. Esempio 2 pag. 200

9.5 L’entropia in un sistema non isolato In un sistema fisico non isolato, l’entropia può anche diminuire (es. frigorifero), ma provocando nell’ambiente esterno un aumento di entropia maggiore. Terzo principio della termodinamica (teorema di Nernst): non è possibile, con un processo composto da un numero finito di passi, raffreddare un corpo fino allo zero assoluto.

9.8 Il 2° principio a livello microscopico Perché i fenomeni avvengono in un senso piuttosto che nell’altro? Perché l’energia interna è disordinata, mentre quella meccanica è ordinata. E i fenomeni reali evolvono spontaneamente da situazioni di ordine a situazioni di disordine (ma non viceversa). Esempio: disco frenato dall’attrito dell’aria. Il secondo principio indica una freccia che dirige l’evoluzione dei fenomeni nel corso del tempo: la tendenza naturale favorisce le trasformazioni verso forme di energia sempre meno ordinate, ossia la qualità dell’energia peggiora sempre.

9.9 Entropia e disordine Microstato = una ben precisa configurazione dei costituenti microscopici di un sistema (masse, posizioni, velocità delle molecole). Ad ogni macrostato possiamo associare molti microstati Equazione di Boltzmann: entropia di uno stato A è data da S(A) = kB log W(A) dove, W(A) = numero di microstati associati al macrostato A Quindi, il macrostato più probabile, a cui corrisponde il maggior numero di microstati, è anche quello con l’entropia maggiore; ossia, si conferma che un sistema termodinamico isolato evolve spontaneamente verso il massimo valore dell’entropia, cioè al sistema più disordinato. Esempio 5 pag. 212