Entropia termodinamica
L'entropia termodinamica è una misura di come l'energia organizzata o disorganizzata è presente in un sistema di atomi o molecole. Si misura in joule di energia per unità di kelvin. L'entropia è una parte importante della terza legge della termodinamica.
Immaginate che un gruppo di molecole abbia dieci unità di energia. Se l'energia in quelle molecole è perfettamente organizzata, allora le molecole possono fare dieci unità di lavoro. Tuttavia, se l'energia diventasse meno organizzata (e quindi l'entropia aumentasse), le molecole potrebbero essere in grado di fare solo sei unità di lavoro, anche se hanno ancora dieci unità di energia in loro.
Quando si raggiunge l'entropia totale, non c'è più energia da spendere. Un buon esempio è una tazza di tè caldo. Il tè ha molta energia rispetto alla stanza in cui si trova. Con il tempo il calore del tè si diffonderà nella stanza. Il tè diventerà più freddo. Questo perché l'energia (calore) nel tè si sposta nell'area circostante. Una volta che il tè è diventato freddo, non c'è più calore che può essere diffuso. Il tè ha raggiunto l'entropia totale.
Ci sono due tipi di queste "stanze": un sistema aperto e un sistema chiuso. Un sistema aperto significa che l'energia (come il calore) può fluire liberamente all'interno e all'esterno della stanza. Un sistema chiuso significa che la stanza è chiusa dall'esterno; nessuna energia può entrare o uscire.
Nel caso del tè, la stanza era un sistema chiuso; nessuna energia poteva entrarvi. Ma possiamo anche renderlo un sistema aperto mettendo un riscaldatore nella stanza. Se accendiamo il riscaldatore, possiamo usare il calore che ne deriva per riscaldare la tazza di tè. Nuova energia è stata portata nella stanza. L'entropia è così diminuita. Il calore che è andato dal riscaldatore nel tè può poi spostarsi di nuovo nella stanza fino a raggiungere l'entropia totale. Questa è la seconda legge della termodinamica.
Un esempio reale di sistema aperto è la Terra. Ogni giorno riceve molta energia dal Sole. Questo permette alle piante di crescere e all'acqua di rimanere liquide. Se togliessimo il Sole, le piante morirebbero e l'acqua gelerebbe perché la superficie del nostro pianeta sarebbe troppo fredda.
Domande e risposte
D: Cos'è l'entropia termodinamica?
R: L'entropia termodinamica è una misura di quanto l'energia sia organizzata o disorganizzata in un sistema di atomi o molecole. Si misura in joule di energia per unità di kelvin.
D: Cosa afferma la terza legge della termodinamica?
R: La terza legge della termodinamica afferma che quando si raggiunge l'entropia totale, non c'è più energia da spendere.
D: Quali sono i due tipi di 'stanze' menzionati nel testo?
R: I due tipi di 'stanze' citati nel testo sono un sistema aperto e un sistema chiuso. Un sistema aperto significa che l'energia (come il calore) può fluire liberamente all'interno e all'esterno, mentre un sistema chiuso significa che è chiuso dall'esterno; nessuna energia può entrare o uscire.
D: In che modo la nuova energia influisce sull'entropia totale?
R: La nuova energia diminuisce l'entropia totale perché consente una maggiore organizzazione all'interno del sistema. Ad esempio, se inseriamo un riscaldatore in una stanza con del tè freddo, possiamo utilizzare il calore che ne deriva per riscaldare la tazza di tè. Questo apporta nuova energia nella stanza, che diminuisce la sua entropia totale.
D: Può fare un esempio di sistema aperto?
R: Un esempio reale di sistema aperto è la Terra, che riceve ogni giorno molta energia dal Sole, che permette alle piante di crescere e all'acqua di rimanere liquida.
D: In che modo il raggiungimento dell'entropia totale influisce su una tazza di tè caldo?
R: Quando l'entropia totale è stata raggiunta per una tazza di tè caldo, non ci sarà più calore da diffondere, quindi diventerà fredda, poiché tutto il suo calore si sposterà nell'area circostante.
