Entropia

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Introduzione

Entropia Grandezza scalare termodinamica che misura il grado di disordine di un sistema fisico; per un sistema chiuso e in condizioni di isolamento termico, l'entropia descrive la naturale tendenza del sistema a evolvere verso uno stato di equilibrio termodinamico.

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Definizione

Storicamente, l’entropia fu definita nel 1854 da Rudolf Clausius, per mettere in relazione la quantità di calore scambiato da un sistema in una trasformazione termodinamica e la temperatura a cui porta lo scambio. In formule, detta ΔQ la quantità di calore scambiato con l’ambiente in una determinata fase di una trasformazione reversibile e T la relativa temperatura, la variazione di entropia che ne risulta è ΔS = ΔQ/T. Se il sistema assorbe calore, la variazione di entropia è considerata positiva; se lo cede, negativa; se invece il sistema compie una trasformazione ciclica, la variazione totale di entropia è nulla. Nel Sistema internazionale, l’unità di misura dell’entropia è il Joule/Kelvin (J/K).

L’entropia è una funzione di stato, come l’energia interna; questo significa che dipende solo dallo stato del sistema, e non dal particolare tipo di trasformazione seguita.

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Significato

La valutazione dell’entropia associata a un sistema permette di fare diverse considerazioni sul suo stato termodinamico. Come è stato detto, una misura dell’entropia può essere letta come un aumento del “disordine” del sistema, oppure, come una valutazione della quantità di energia degradata del sistema, ossia della quantità di energia posseduta dal sistema, ma non utilizzabile per compiere lavoro. Come è noto, infatti, il calore a bassa temperatura è una forma di energia degenere. Basti pensare alla gigantesca riserva di energia termica teoricamente presente nell’acqua dei mari: si tratta di una quantità enorme, ma che si trova a bassa temperatura, e quindi non si presta a essere utilizzata per far funzionare una macchina termica con un buon rendimento.

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L’enunciato di Clausius del secondo principio della termodinamica

Ricorrendo alla grandezza da lui stesso definita, Clausius fornì un’altra enunciazione del secondo principio della termodinamica: in un sistema isolato (che non scambia energia con l’esterno), la variazione di entropia in seguito a una trasformazione termodinamica può essere maggiore, o al più uguale a zero; non è mai minore di zero. È uguale a zero se la trasformazione è reversibile. Si dice reversibile una trasformazione ideale scomponibile in una successione di stadi che si discostano dall’equilibrio di una quantità infinitesima; nel corso di una simile trasformazione, il sistema può essere riportato nel suo stato iniziale in qualunque momento; se invece la trasformazione in questione non è reversibile ma reale, la variazione di entropia è necessariamente maggiore di zero.

Considerato l’universo un sistema fisico chiuso e isolato, si può affermare quindi che dal punto di vista termodinamico, l’universo procede in direzione di un continuo aumento dell’entropia totale. Al suo interno si verificano delle trasformazioni termodinamiche, il cui risultato complessivo è sempre quello di un aumento dell’entropia totale.