Definisi entropi dalam sains

Entropi adalah konsep penting dalam fisika dan kimia , dan dapat diterapkan pada disiplin ilmu lain, termasuk kosmologi dan ekonomi. Dalam fisika, itu adalah bagian dari termodinamika. Dalam kimia, itu adalah konsep sentral dalam kimia fisik .

definisi entropi

Entropi adalah ukuran ketidakteraturan suatu sistem. Ini adalah properti ekstensif dari sistem termodinamika, yang berarti nilainya berubah tergantung pada jumlah materi yang ada. Dalam persamaan, entropi biasanya dilambangkan dengan huruf S dan memiliki satuan joule per kelvin (J⋅K ⁻¹ ) atau kg⋅m ² ⋅s ⁻² ⋅K ⁻¹ . Sistem yang sangat teratur memiliki entropi rendah.

Persamaan dan Perhitungan Entropi

Ada beberapa cara untuk menghitung entropi, tetapi dua persamaan yang paling umum adalah untuk proses termodinamika reversibel dan proses isotermal (suhu konstan) .

Entropi dari proses reversibel

Asumsi tertentu dibuat saat menghitung entropi dari proses yang dapat dibalik. Mungkin asumsi yang paling penting adalah bahwa setiap konfigurasi dalam proses memiliki kemungkinan yang sama (yang sebenarnya mungkin tidak demikian). Mengingat probabilitas hasil yang sama, entropi sama dengan konstanta Boltzmann (kB ₎ dikalikan dengan logaritma natural dari jumlah kemungkinan keadaan (W):

S = k _detik dalam W

Konstanta Boltzmann adalah 1,38065 × 10−23 J/K.

Entropi dari proses isotermal

Kalkulus dapat digunakan untuk mencari integral dQ / T dari keadaan awal sampai keadaan akhir, dimana Q adalah kalor dan T adalah temperatur mutlak (Kelvin) suatu sistem.

Cara lain untuk menyatakan ini adalah bahwa perubahan entropi ( ΔS ) sama dengan perubahan kalor ( ΔQ ) dibagi dengan suhu mutlak ( T ):

ΔS = ΔQ / T

Entropi dan Energi Dalam

Dalam kimia fisik dan termodinamika, salah satu persamaan yang paling berguna menghubungkan entropi dengan energi dalam (U) suatu sistem:

dU = T dS – p dV

Di sini, perubahan energi dalam dU sama dengan suhu mutlak T dikalikan dengan perubahan entropi dikurangi tekanan luar p dan perubahan volume V.

Entropi dan Hukum Kedua Termodinamika

Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa entropi total sistem tertutup tidak dapat berkurang. Namun, di dalam suatu sistem, entropi satu sistem dapat menurun seiring dengan meningkatnya entropi sistem lain.

Entropi dan Panas Kematian Alam Semesta

Beberapa ilmuwan memperkirakan bahwa entropi alam semesta akan meningkat ke titik di mana keacakan menciptakan suatu sistem yang tidak mampu melakukan pekerjaan yang bermanfaat. Ketika hanya energi panas yang tersisa, alam semesta dikatakan telah mati karena panas.

Namun, ilmuwan lain mempertanyakan teori kematian akibat panas. Ada yang mengatakan bahwa alam semesta sebagai suatu sistem bergerak lebih jauh dari entropi bahkan ketika area di dalamnya meningkat dalam entropi. Yang lain memandang alam semesta sebagai bagian dari sistem yang lebih besar. Yang lain lagi mengatakan bahwa kemungkinan keadaan tidak memiliki probabilitas yang sama, sehingga persamaan biasa untuk menghitung entropi tidak valid.

contoh entropi

Balok es akan meningkat entropinya saat mencair. Sangat mudah untuk memvisualisasikan peningkatan gangguan sistem. Es terdiri dari molekul air yang dihubungkan bersama dalam kisi kristal. Saat es mencair, molekul-molekul mendapatkan lebih banyak energi, bergerak lebih jauh, dan kehilangan struktur untuk membentuk cairan. Demikian pula, perubahan fasa dari cair ke gas, seperti dari air ke uap, meningkatkan energi sistem.

Di sisi lain, energi dapat berkurang. Ini terjadi ketika uap berubah fase menjadi air atau ketika air berubah menjadi es. Hukum kedua termodinamika tidak dilanggar karena materi tidak berada dalam sistem tertutup. Sementara entropi sistem yang dipelajari dapat menurun, entropi lingkungan meningkat.

entropi dan waktu

Entropi sering disebut panah waktu karena materi dalam sistem yang terisolasi cenderung berubah dari keteraturan menjadi ketidakteraturan.

Sumber

• Atkins, Peter; Julio De Paula (2006). Kimia Fisik (edisi ke-8). Pers Universitas Oxford. ISBN 978-0-19-870072-2.
• Chang, Raymond (1998). Kimia (edisi ke-6). New York: McGrawHill. ISBN 978-0-07-115221-1.
• Clausius, Rodolfo (1850). Tentang gaya gerak panas dan hukum-hukum yang dapat ditarik darinya untuk teori panas . Annalen der Physick karya Poggendorff , LXXIX (Dover Reprint). ISBN 978-0-486-59065-3.
• Landsberg, PT (1984). “Bisakah entropi dan ‘keteraturan’ meningkat bersama?” Surat fisika . 102A(4): 171–173. doi: 10.1016/0375-9601(84)90934-4
• Watson, JR; Carson, EM (Mei 2002). ” Pemahaman Siswa S1 tentang Entropi dan Energi Bebas Gibbs .” Universitas Pengajaran Kimia . 6 (1): 4. ISSN 1369-5614