Function of state
Fungsi negara
History
Sejarah
Isothermal expansion or compression of an ideal gas
Ekspansi isotermal atau kompresi gas ideal
Reversible process
Proses yang reversibel
Entropy in chemical thermodynamics
Entropi dalam termodinamika kimia
Second law of thermodynamics
Hukum kedua termodinamika
Classical thermodynamics
Termodinamika klasik
Statistical mechanics
Mekanika statistik
Cooling and heating
Pendinginan dan pemanasan
Entropy change formulas for simple processes
Entropi mengubah rumus untuk proses sederhana
Applications
Aplikasi
Entropy balance equation for open systems
Persamaan keseimbangan entropi untuk sistem terbuka
Entropy of a system
Entropi suatu sistem
Phase transitions
Fase transisi
The fundamental thermodynamic relation
Hubungan termodinamika mendasar
According to the Clausius equality, for a reversible cyclic process: ∮ δ Q rev T = 0. {\displaystyle \oint {\frac {\delta Q_{\text{rev}}}{T}}=0.} This means the line integral ∫ L δ Q rev T {\displaystyle \int _{L}{\frac {\delta Q_{\text{rev}}}{T}}} is path-independent.
Menurut persamaan Clausius, untuk proses siklik yang reversibel: Ini berarti garis integral ∫ L δ Q rev T {\displaystyle \int _{L}{\frac {\delta Q_{\text{rev}}}{T}}} adalah path-independent.
So we can define a state function S called entropy, which satisfies d S = δ Q rev T . {\displaystyle dS={\frac {\delta Q_{\text{rev}}}{T}}.}
Jadi kita dapat mendefinisikan fungsi negara S yang disebut entropi, yang memenuhi d S = δ Q rev T . {\displaystyle dS={\frac {\delta Q_{\text{rev}}}{T}}.}
Clausius coined the name entropy (Entropie) for S in 1865.
Clausius menciptakan entropi (Entropie) untuk S pada tahun 1865.
He gives "transformational content" (Verwandlungsinhalt) as a synonym, paralleling his "thermal and ergonal content" (Wärme- und Werkinhalt) as the name of U, but preferring the term entropy as a close parallel of energy, formed by replacing the root of ἔργον "work" by that of τροπή "transformation".[13]
Dia memberikan "konten transformasional" (Verwandlungsinhalt) sebagai sinonim, menyejajarkan "konten panas dan ergonal" -nya (Wärme-und Werkinhalt) sebagai nama U, tetapi lebih memilih istilah entropi sebagai pararel dekat energi, dibentuk dengan mengganti akar ἔργον "kerja" oleh "transformasi" τροπή.[13]
To find the entropy difference between any two states of a system, the integral must be evaluated for some reversible path between the initial and final states.[14] Since entropy is a state function, the entropy change of the system for an irreversible path is the same as for a reversible path between the same two states.[15] However, the entropy change of the surroundings will be different.
Untuk menemukan perbedaan entropi antara dua kondisi suatu sistem, integral harus dievaluasi untuk beberapa jalur yang dapat dibalikkan antara keadaan awal dan akhir. Karena entropi adalah fungsi negara, perubahan entropi sistem untuk jalur ireversibel sama dengan jalur reversibel antara dua keadaan yang sama. Namun, perubahan entropi di sekitarnya akan berbeda.
We can only obtain the change of entropy by integrating the above formula.
Kita hanya dapat memperoleh perubahan entropi dengan mengintegrasikan rumus di atas.
To obtain the absolute value of the entropy, we need the third law of thermodynamics, which states that S = 0 at absolute zero for perfect crystals.
Untuk mendapatkan nilai absolut dari entropi, kita memerlukan hukum ketiga termodinamika, yang menyatakan bahwa S = 0 pada nol mutlak untuk kristal sempurna.
From a macroscopic perspective, in classical thermodynamics the entropy is interpreted as a state function of a thermodynamic system: that is, a property depending only on the current state of the system, independent of how that state came to be achieved.
Dari perspektif makroskopik, dalam termodinamika klasik entropi diartikan sebagai fungsi negara dari sistem termodinamika: yaitu, properti tergantung hanya pada keadaan sistem saat ini, terlepas dari bagaimana keadaan itu tercapai.
In any process where the system gives up energy ΔE, and its entropy falls by ΔS, a quantity at least TR ΔS of that energy must be given up to the system's surroundings as unusable heat (TR is the temperature of the system's external surroundings).
Dalam setiap proses di mana sistem melepaskan energi ΔE, dan entropinya jatuh oleh ΔS, kuantitas setidaknya TR ΔS dari energi itu harus diberikan kepada lingkungan sistem sebagai panas yang tidak dapat digunakan (TR adalah suhu lingkungan eksternal sistem).
Otherwise the process cannot go forward.
Kalau tidak, prosesnya tidak bisa maju.
In classical thermodynamics, the entropy of a system is defined only if it is in thermodynamic equilibrium.
Dalam termodinamika klasik, entropi suatu sistem hanya ditentukan jika berada dalam kesetimbangan termodinamika.
Specifically, entropy is a logarithmic measure of the number of states with significant probability of being occupied:
Secara khusus, entropi adalah ukuran logaritmik sejumlah negara dengan probabilitas signifikan untuk ditempati:
or, equivalently, the expected value of the logarithm of the probability that a microstate will be occupied
atau, ekuivalen, nilai yang diharapkan dari logaritma probabilitas bahwa sebuah microstate akan ditempati
where kB is the Boltzmann constant, equal to 6977138064999999999♠1.38065×10−23 J/K. The summation is over all the possible microstates of the system, and pi is the probability that the system is in the i-th microstate.[19] This definition assumes that the basis set of states has been picked so that there is no information on their relative phases.
di mana kB adalah konstanta Boltzmann, sama dengan 1.38065 × 10−23 J / K. Penjumlahannya adalah seluruh semua kemungkinan mikrostate dari sistem, dan pi adalah probabilitas bahwa sistem berada dalam microstate ke-i. Definisi ini mengasumsikan bahwa kumpulan dasar negara telah dipilih sehingga tidak ada informasi pada fase relatifnya.
In a different basis set, the more general expression is
Dalam set basis yang berbeda, ekspresi yang lebih umum adalah
where ρ ^ {\displaystyle {\widehat {\rho }}} is the density matrix, Tr {\displaystyle \operatorname {Tr} } is trace and log {\displaystyle \log } is the matrix logarithm.
di mana {\ widehat {\ rho}} adalah matriks kepadatan, \ operatorname {Tr} adalah jejak dan \ log adalah logaritma matriks.
This density matrix formulation is not needed in cases of thermal equilibrium so long as the basis states are chosen to be energy eigenstates.
Formulasi matriks densitas ini tidak diperlukan dalam kasus-kasus kesetimbangan termal selama keadaan dasar dipilih untuk menjadi eigenstates energi.
For most practical purposes, this can be taken as the fundamental definition of entropy since all other formulas for S can be mathematically derived from it, but not vice versa.
Untuk sebagian besar tujuan praktis, ini dapat diambil sebagai definisi mendasar dari entropi karena semua rumus lain untuk S dapat secara matematis berasal darinya, tetapi tidak sebaliknya.
In thermodynamics, such a system is one in which the volume, number of molecules, and internal energy are fixed (the microcanonical ensemble).
Dalam termodinamika, sistem semacam itu adalah sistem di mana volume, jumlah molekul, dan energi internal ditetapkan (ensemble mikrokanonik).
In what has been called the fundamental assumption of statistical thermodynamics or the fundamental postulate in statistical mechanics, the occupation of any microstate is assumed to be equally probable (i.e. pi = 1/Ω, where Ω is the number of microstates); this assumption is usually justified for an isolated system in equilibrium.[20] Then the previous equation reduces to
Dalam apa yang disebut asumsi dasar termodinamika statistik atau postulat mendasar dalam mekanika statistik, pendudukan dari setiap microstate diasumsikan sama kemungkinannya (yaitu pi = 1 / Ω, di mana Ω adalah jumlah microstate); Asumsi ini biasanya dibenarkan untuk sistem yang terisolasi dalam kesetimbangan. Maka persamaan sebelumnya mengurangi menjadi
In Boltzmann's 1896 Lectures on Gas Theory, he showed that this expression gives a measure of entropy for systems of atoms and molecules in the gas phase, thus providing a measure for the entropy of classical thermodynamics.
Dalam Boltzmann 1896 Kuliah di Teori Gas, ia menunjukkan bahwa ekspresi ini memberikan ukuran entropi untuk sistem atom dan molekul dalam fase gas, sehingga memberikan ukuran untuk entropi termodinamika klasik.
The most general interpretation of entropy is as a measure of our uncertainty about a system.
Interpretasi paling umum dari entropi adalah sebagai ukuran ketidakpastian kita tentang suatu sistem.
The equilibrium state of a system maximizes the entropy because we have lost all information about the initial conditions except for the conserved variables; maximizing the entropy maximizes our ignorance about the details of the system.[21] This uncertainty is not of the everyday subjective kind, but rather the uncertainty inherent to the experimental method and interpretative model.
Keadaan ekuilibrium dari suatu sistem memaksimalkan entropi karena kita telah kehilangan semua informasi tentang kondisi awal kecuali untuk variabel yang dilestarikan; memaksimalkan entropi memaksimalkan ketidaktahuan kita tentang detail sistem. Ketidakpastian ini bukan dari jenis subjektif sehari-hari, melainkan ketidakpastian yang melekat pada metode eksperimental dan model interpretatif.
The interpretative model has a central role in determining entropy.
Model interpretatif memiliki peran sentral dalam menentukan entropi.
The qualifier "for a given set of macroscopic variables" above has deep implications: if two observers use different sets of macroscopic variables, they see different entropies.
Kualifikasi "untuk satu set variabel makroskopik tertentu" di atas memiliki implikasi yang mendalam: jika dua pengamat menggunakan set variabel makroskopik yang berbeda, mereka melihat entropi yang berbeda.
For example, if observer A uses the variables U, V and W, and observer B uses U, V, W, X, then, by changing X, observer B can cause an effect that looks like a violation of the second law of thermodynamics to observer A. In other words: the set of macroscopic variables one chooses must include everything that may change in the experiment, otherwise one might see decreasing entropy![22]
Sebagai contoh, jika pengamat A menggunakan variabel U, V dan W, dan pengamat B menggunakan U, V, W, X, kemudian, dengan mengubah X, pengamat B dapat menyebabkan efek yang tampak seperti pelanggaran hukum kedua termodinamika untuk pengamat A. Dengan kata lain: kumpulan variabel makroskopik yang dipilih harus menyertakan semua yang dapat berubah dalam percobaan, jika tidak, orang mungkin akan melihat penurunan entropi![22]
Entropy can be defined for any Markov processes with reversible dynamics and the detailed balance property.
Entropi dapat didefinisikan untuk setiap proses Markov dengan dinamika reversibel dan properti keseimbangan rinci.
In a thermodynamic system, pressure, density, and temperature tend to become uniform over time because the equilibrium state has higher probability (more possible combinations of microstates) than any other state.
Dalam sistem termodinamika, tekanan, densitas, dan suhu cenderung menjadi seragam seiring waktu karena keadaan kesetimbangan memiliki probabilitas yang lebih tinggi (kemungkinan kombinasi lebih banyak dari mikrostat) daripada keadaan lainnya.
A thermodynamic system
Sistem termodinamika
A temperature–entropy diagram for steam.
Diagram suhu – entropi untuk uap.
The vertical axis represents uniform temperature, and the horizontal axis represents specific entropy.
Sumbu vertikal mewakili suhu seragam, dan sumbu horizontal mewakili entropi tertentu.
Each dark line on the graph represents constant pressure, and these form a mesh with light gray lines of constant volume.
Setiap garis gelap pada grafik menunjukkan tekanan konstan, dan ini membentuk mesh dengan garis abu-abu terang volume konstan.
(Dark-blue is liquid water, light-blue is liquid-steam mixture, and faint-blue is steam.
(Biru tua adalah air cair, biru muda adalah campuran uap cair, dan biru pucat adalah uap.
Grey-blue represents supercritical liquid water.)
Abu-abu-biru melambangkan air cairan superkritis.)
Entropy arises directly from the Carnot cycle.
Entropi muncul langsung dari siklus Carnot.