Entropia - termodynamiczna funkcja stanu, określająca kierunek przebiegu procesów spontanicznych (samorzutnych) w odosobnionym układzie termodynamicznym. Jest wielkością ekstensywną. Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, jeżeli układ termodynamiczny przechodzi od jednego stanu równowagi do drugiego, bez udziału czynników zewnętrznych (a więc spontanicznie), to jego entropia zawsze rośnie. Pojęcie entropii wprowadził niemiecki uczony Rudolf Clausius.

Termodynamika - nauka o energii, dział fizyki zajmujący się badaniem energetycznych efektów wszelkich przemian fizycznych i chemicznych, które wpływają na zmiany energii wewnętrznej analizowanych układów. Wbrew rozpowszechnionym sądom termodynamika nie zajmuje się wyłącznie przemianami cieplnymi, lecz także efektami energetycznymi reakcji chemicznych, przemian z udziałem jonów, przemianami fazowymi, a nawet przemianami jądrowym i energią elektryczną.

Pierwsza zasada termodynamiki - jedno z podstawowych praw termodynamiki, jest sformułowaniem zasady zachowania energii dla układów termodynamicznych. Zasada stanowi podsumowanie równoważności ciepła i pracy oraz stałości energii układu izolowanego.

Dla układu zamkniętego zasadę można sformułować w postaci:

Zmiana energii wewnętrznej układu zamkniętego jest równa energii, która przepływa przez jego granice na sposób ciepła lub pracy.

ΔU = ΔQ + ΔW

gdzie:

ΔU - zmiana energii wewnętrznej układu; ΔQ - energia przekazana do układu jako ciepło; ΔW - praca wykonana na układzie.

W powyższym sformułowaniu przyjmuje się konwencję, że gdy:

ΔW > 0 - do układu przepływa energia na sposób pracy,

ΔW < 0 - układ traci energię na sposób pracy,

ΔQ > 0 - do układu przepływa energia na sposób ciepła,

ΔQ < 0 - układ traci energię na sposób ciepła.

W przypadku układu termodynamicznie izolowanego układ nie wymienia energii z otoczeniem na sposób pracy (ΔW = 0) ani na sposób ciepła (ΔQ = 0), wówczas:

ΔU =0

Pierwsza zasada termodynamiki pozwala na zdefiniowanie energii wewnętrznej jako funkcji stanu:

Dla wszystkich procesów prowadzących od pewnego określonego stanu do drugiego, zmiana ΔU ma zawsze tę samą wartość, choć ilości dostarczanego ciepła i pracy wykonanej przez układ są na ogół różne dla różnych procesów.

Pierwsza zasada termodynamiki - zmiana energii wewnętrznej układu równa jest sumie ciepła dostarczonego do układu i pracy wykonanej nad układem. Zasada ta, równoważna zasadzie zachowania energii, w zarysach sformułowana została w 1842 przez J.R. Mayera, uściślona zaś w 1847 przez H.L.F. de Helmholtza

Druga zasada termodynamiki stwierdza, że w układzie termodynamicznie izolowanym istnieje funkcja stanu zwana entropią S, której zmiana ΔS w procesie adiabatycznym spełnia nierówność ΔS≥0, przy czym równość zachodzi wtedy i tylko wtedy, gdy proces jest odwracalny.

W uproszczeniu można to wyrazić też tak:

"W układzie termodynamicznie izolowanym w dowolnym procesie entropia nigdy nie maleje"

Druga zasada termodynamiki - istnieje entropia będąca funkcją stanu układu, stałą w odwracalnych procesach adiabatycznych i rosnącą we wszystkich innych. Zasadę tę, zgodnie z którą kierunek wzrostu entropii może służyć do formalnego wyróżnienia kierunku upływu czasu (wszystkie inne prawa fizyki klasycznej nie ulegają zmianie przy zamianie przyszłości z przeszłością), podał w 1850 R.J.E. Clausius, a uściślił w 1851 Kelvin lord of Largs.

Trzecia zasada termodynamiki (zasada Nernsta) może być sformułowana jako postulat: nie można za pomocą skończonej liczby kroków uzyskać temperatury zera bezwzględnego (zero kelwinów), jeżeli za punkt wyjścia obierzemy niezerową temperaturę bezwzględną.

Inne sformułowanie głosi, że entropia substancji tworzących doskonałe kryształy dąży do 0 gdy temperatura dąży do 0 K.

Mówiąc jaśniej, gdyby udało się schłodzić jakąś substancję do 0 K i gdyby ona utworzyła kryształ doskonały to jej entropia musiałaby przyjąć wartość 0. Jest to jednak technicznie, a także formalnie niewykonalne, dlatego definicja trzeciej zasady termodynamiki w formie:

entropia kryształu doskonałego w temperaturze zera bezwzględnego jest równa 0 nie jest poprawna, choć intuicyjnie akceptowalna.

Trzecia zasada termodynamiki - entropia układu o ustalonych parametrach (np. o stałym ciśnieniu lub objętości) i temperaturze zmierzającej do zera bezwzględnego zmierza również do zera. Zasadę tę, pozwalającą obliczyć bezwzględną wartość entropii (określanej przedtem tylko z dokładnością do stałej), podał w 1906 W.H. Nernst (tzw. twierdzenie Nernsta).

Ciepło - w fizyce to jeden z dwóch sposobów, obok pracy, przekazywania energii układowi termodynamicznemu polega na przekazywaniu energii chaotycznego ruchu cząstek (atomów, cząsteczek, jonów) w zderzeniach cząstek tworzących te układy; oznacza formę zmian energii, nie zaś jedną z form energii.

Dla odróżnienia ciepła jako zjawiska fizycznego od ciepła jako wielkości fizycznej używa się określenia wymiana cieplna lub cieplny przepływ energii na określenie procesu, a ilość ciepła na wielkość fizyczną określającą zmianę energii wywołaną tym zjawiskiem.

Ciepło przepływa między ciałami, które nie znajdują się w równowadze termicznej, tzn. gdy mają one różne temperatury i wywołuje zwykle zmianę temperatury. Ciała te muszą pozostawać ze sobą w kontakcie termicznym - musi istnieć możliwość przepływu ciepła.

Potocznie, przez ciepło rozumie się odczucie zadowolenia z przystosowania się organizmu do aktualnych warunków termicznych otoczenia. Naukowo to odczucie nazywa się komfortem cieplnym. Potoczne znaczenie słowa "ciepło" może być źródłem nieporozumień. Ponieważ w języku potocznym termin ten określa stan ciała, a w terminologii fizycznej - wielkość związaną z wymianą energii wewnętrznej. Stwierdzenie, że coś jest "cieplejsze" oznacza w języku fizyki, że ma wyższą temperaturę.

PRACA W termodynamice klasycznej praca równa jest energii jaką układ termodynamiczny wymienia z otoczeniem przy zmianie swoich parametrów makroskopowych (objętość, położenie, natężenie pola, itp) jeżeli w otoczeniu wywołuje pracę rozumianą jako wielkość makroskopowa, np. przesunięcie tłoka, przepływ prądu elektrycznego. Zmiana energii wewnętrznej układu nie powodująca wykonania pracy makroskopowej jest ciepłem.

Przepływ energii będący pracą nie zmienia entropii układu, zmiana energii będąca ciepłem zmienia entropię.

Praca jest formą zmiany energii układu zależną od drogi procesu. Ilość pracy nie jest jednoznacznie określona stanem początkowym i końcowym układu, a zależy od sposobu (drogi) przeprowadzenia procesu, dlatego praca jest funkcją procesu.

W termodynamice statystycznej zmiana energii układu jest wynikiem oddziaływań cząstek biorących udział w danym procesie. Jeżeli ruchy cząstek wywołujące przepływ energii są uporządkowane, to z makroskopowego punktu widzenia, zmianę energii uznaje się pracę, a gdy nieuporządkowane, to za ciepło (cieplny przepływ energii).

Energia wewnętrzna (oznaczana zwykle jako U lub Ew) - w termodynamice - całkowity zasób energii układu stanowiący sumę energii oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych układu, a także energii ruchu cieplnego cząsteczek oraz wszystkich innych rodzajów energii występujących w układzie.

Wartość energii wewnętrznej jest trudna do ustalenia ze względu na jej złożony charakter. W opisie procesów termodynamicznych istotniejsza i łatwiejsza do określenia jest zmiana energii wewnętrznej. Na przykład dla gazu doskonałego jedyną składową energii wewnętrznej, która może się zmieniać, jest energia kinetyczna cząsteczek gazu. Stąd zmiana energii wewnętrznej równa jest zmianie energii kinetycznej cząsteczek. Wynika stąd, że gdy energia wewnętrzna gazu pozostaje stała, nie zmienia się również temperatura gazu doskonałego.

Jest jednym z parametrów (potencjałów termodynamicznych). Według I zasady termodynamiki energia wewnętrzna stanowi jednoznaczną funkcję stanu, którą dla gazu można wyrazić przez dowolne dwa parametry stanu, np. ciśnienie, temperatura, objętość właściwa, entalpia, entropia i inne.

Ciepło właściwe - energia podnosząca temperaturę ciała o jednostkowej masie o jednostkę temperatury.

W układzie SI ciepło właściwe podaje się w dżulach na kilogram razy kelwin

Ciepło właściwe jest to wielkość, która charakteryzuje każdą substancję pod względem energetycznym.

Proces jest odwracalny, jeśli gaz przechodzi przez te same stany pośrednie zarówno w jednym, jak i w drugim kierunku przebiegu procesu. Po powrocie gazu do stanu wyjściowego również otoczenie, z którym oddziaływał gaz, powraca do stanu początkowego.

Proces nieodwracalny to proces, który tylko w jednym kierunku może zajść samoistnie (czyli bez ingerencji z zewnątrz). W kierunku przeciwnym zachodzi tylko w towarzystwie innego procesu dodatkowego. W przyrodzie wszystkie procesy, które zachodzą samoistnie, są nieodwracalne.

Parametry stanu - wielkości fizyczne opisujące stan układu termdynamicznego, takie jak temperatura, ciśnienie, objętość, ilości (np. stężenia) poszczególnych substancji, czasem również inne. Wielkości, które nie zależą od ilości substancji w układzie, to tzw. parametry intensywne; wielkości zależące od ilości substancji, to parametry ekstensywne.

Parametry ekstensywne - proporcjonalne do ilości materii w układzie: masa i objętość

Parametry intensywne - niezależne od ilości materii w układzie: temperatura, ciśnienie i ułamek molowy.

Iloraz dwu wielkości ekstensywnych zawsze jest wielkością intensywną.

Termodynamiczne prawdopodobieństwo (waga statystyczna), pojęcie z dziedziny termodynamiki statyst.; liczba różnych sposobów (mikrostanów), za pomocą których można realizować dany stan makroskopowy (np. liczba sposobów rozmieszczenia poszczególnych cząst. danego układu na poziomach energ.).

Entropia przemiany fazowej

Zmiana stanu skupienia wia_e sie ze znaczna zmiana entropii, gdy_ nastepuje gwałtowna zmiana stopnia uporzadkowania układu. Jak wiadomo, przemiana taka zachodzi w stałej temperaturze, zwanej ogólnie temperatura przemiany fazowej (Tpf). Na dodatek odbywa sie ona w stanie równowagi, mamy zatem do czynienia z procesem odwracalnym. Je_eli przemiana fazowa odbywa sie pod stałym cisnieniem, wówczas ciepło odpowiedniej przemiany równe jest zmianie entalpii (tzw. Entalpii przemiany fazowej):

Qodwr = ΔHpf

co, biorac pod uwage, że Δ Tpf = const, daje na mocy równania:

DS=

---