Wanneer stijgt de entropie? Aflevering 9

Thermodynamische entropieverandering en reversibele processen

Het bepalen of de entropie verandert en of die bv. groter wordt, kan al door alleen naar W te kijken. Toch drukken we de entropie uit als:

S= k ln W

Dat heeft een aantal voordelen:

1. W is meestal een gigantisch groot getal en door het logaritme ervan wordt het beter hanteerbaar;

2. Het gebruik van een logaritme maakt bepaalde berekeningen overzichtelijker en eenvoudiger en de eigenschappen van S zijn in overeenstemming met de eigenschappen van logaritmen; (bv. als S₁ = k ln W₁ en S₂ = k ln W₂ dan is S₁ + S₂ = k ln W₁. W₂. dwz je kan entropieën bij elkaar optellen, maar de daarbij behorende aantallen verdelingen moet je met elkaar vermenigvuldigen).

3. Er is dan ook een experimentele methode om S te bepalen.

Over die experimentele methode gaan we het in deze aflevering hebben.

Als S bepaald wordt langs experimentele weg, dan noemen we dat de thermodynamische entropie.

In S = k ln W noemen we S de statistische entropie.

De thermodynamische entropie is gelijk aan de statistische als hij op een bepaalde manier gemeten wordt. Het is zo dat een proces langs een reversibele weg moet plaatsvinden wil de thermodynamische entropie gelijk zijn aan de statistische. Een reversibele weg gaat in hele kleine stapjes, na ieder stapje wordt het evenwicht en de evenwichtige verdeling hersteld en is er steeds sprake van een uniforme druk, dichtheid en temperatuur. Een reversibele weg is op elk punt omkeerbaar. Als je bij een reversibele weg, langs diezelfde weg weer terugkeert bij het uitgangspunt, dan is er niets veranderd.

Een thermodynamische entropieverandering is gedefinieerd als

ΔS_therm = q_rev/T

waar q_rev de hoeveelheid warmte die reversibel van buiten aan een systeem wordt toegevoerd en T de absolute temperatuur is waarbij deze warmte wordt opgenomen. Zowel q_rev als T kan je meten.

In de volgende aflevering ga ik het bovenstaande toepassen op volumevergroting.