L'entropia

In fisica l'entropia è la quantità di energia non disponibile di un sistema isolato. Nel corso del tempo ogni sistema passa da una situazione di bassa entropia a una di massima entropia ( o morte termica ). E' un processo irreversibile.

L'entropia è alla base della seconda legge della termodinamica o secondo principio della termodinamica. Il concetto è impiegato anche in materie non scientifiche ( es. comunicazione, economia, ecc. ). Spesso il significato di entropia cambia sensibilmente da una disciplina a un'altra. Per questa ragione non esiste una definizione generale di entropia.

Cos'è l'entropia? Chi l'ha scoperta?

Il concetto di entropia è stato scoperto da Sadi Carnot nei primi anni del XX secolo, anche se i primi studi della termodinamica sono di Rudolf Clausius e risalgono al secolo precedente.

Qualsiasi sistema chiuso e isolato dall'esterno si trasforma ed evolve in un processo continuo e irreversibile, durante il quale sprigiona energia.

Questo processo non è però eterno. Una volta raggiunta la quiete dell'equilibrio finale, il sistema non rilascia più energia. Ha raggiunto la sua morte termica.

Un esempio di entropia

Ti faccio un esempio pratico che dovrebbe chiarirti le idee.

Prendi due recipienti. Poi versa acqua fredda nel primo recipiente e acqua calda nel secondo recipiente.

le due vaschette sono riempite per metà una con acqua calda e l'altra con acqua fredda

Le due vaschette devono essere riempite per metà.

Ora versa l'acqua fredda nel recipiente dell'acqua calda. Fai in modo di versarla in un lato della vaschetta.

versa l'acqua fredda nel recipiente dell'acqua calda

Cosa accade?

Inizialmente il recipiente ha una zona di acqua molto fredda e un'altra molto calda.

Questa è una situazione di bassa entropia.

il recipiente con acqua calda e fredda

Questo differenziale energetico spinge il calore a spostarsi dalla zona calda a quella fredda.

Lo spostamento del calore rilascia una grande quantità di energia.

il calore si sposta verso l'acqua freddda

Mentre il calore si sposta, l'acqua fredda si riscalda, mentre l'acqua calda si raffredda.

Questo processo si conclude quando entrambe le zone hanno raggiunto la stessa temperatura.

Ora è scomparso il differenziale termico.

l'acqua raggiunge la stessa temperatura in tutto il recipiente

Quando scompare il differenziale termico, il calore non si sposta più e il sistema non rilascia più energia.

Il sistema ha raggiunto uno stato finale di quiete permanente.

L'equilibrio finale è la morte termica del sistema ed è una situazione di massima entropia.

Nota. Essendo un sistema chiuso e isolato, non c'è più nessuna spinta al cambiamento. Per questa ragione l'equilibrio finale è permanente.

L'irreversibilità dell'entropia

L'entropia è un processo unidirezionale e irreversibile. Non si può tornare indietro.

Dopo che l'acqua calda e fredda si sono mescolate insieme, l'acqua del recipiente diventa tiepida. Ha la stessa temperatura in ogni punto della vaschetta.

l'entropia è irreversibile

A questo punto non è più possibile separare il calore dall'acqua fredda per tornare alla situazione iniziale.

Un esempio pratico

Se hai un camino prendi un ciocco di legno e fallo bruciare.

Durante la combustione il focolare riscalda l'aria, nel camino salgono i fumi e il legno si trasforma in cenere.

E' un processo irreversibile.

la combustione è una reazione chimica irreversibile

Anche se tu riuscissi a recuperare tutto il calore e i gas, non potresti più ricombinarlo con le ceneri per ricreare il ciocco di legno. E' impossibile.

La combustione ha trasformato in modo irreversibile la materia da uno stato di bassa entropia ( legno ) a uno di alta entropia ( cenere + calore + gas ).

Una volta che il legno è bruciato completamente, ha raggiunto la sua massima entropia, non può più fornire altra energia in futuro.

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