Thermodynamische entropie
Thermodynamische entropie is een maat voor de mate waarin georganiseerde of ongeorganiseerde energie aanwezig is in een systeem van atomen of moleculen. Het wordt gemeten in joule energie per eenheid kelvin. Entropie is een belangrijk onderdeel van de derde wet van de thermodynamica.
Stel je voor dat een groep moleculen tien eenheden energie heeft. Als de energie in die moleculen perfect georganiseerd is, dan kunnen de moleculen tien eenheden werk doen. Als de energie echter minder georganiseerd wordt (en de entropie dus toeneemt), dan kunnen de moleculen misschien maar zes arbeidseenheden doen, ook al hebben ze nog steeds tien eenheden energie in zich.
Wanneer de totale entropie is bereikt, is er geen energie meer te besteden. Een goed voorbeeld hiervan is een kopje hete thee. De thee heeft veel energie in vergelijking met de ruimte waarin de thee staat. Na verloop van tijd zal de warmte in de thee zich verspreiden in de kamer. De thee zal kouder worden. Dit komt omdat de energie (warmte) in de thee zich verplaatst naar de omgeving. Als de thee eenmaal koud is geworden, is er geen warmte meer die zich kan verspreiden. De thee heeft een totale entropie bereikt.
Er zijn twee soorten van deze "kamers": Een open systeem en een gesloten systeem. Een open systeem betekent dat energie (zoals warmte) vrij in en uit de ruimte kan stromen. Een gesloten systeem betekent dat de ruimte van buitenaf afgesloten is; er kan geen energie naar binnen of naar buiten.
In het geval van de thee was de kamer een gesloten systeem; er kon geen energie binnenkomen. Maar we kunnen er ook een open systeem van maken door een kachel in de kamer te plaatsen. Als we de kachel aanzetten, kunnen we de warmte ervan gebruiken om het kopje thee opnieuw op te warmen. Er is nieuwe energie in de kamer gebracht. De entropie is dus afgenomen. De warmte die van de kachel in de thee is gegaan, kan dan weer de kamer binnenkomen totdat de totale entropie is bereikt. Dit is waar de tweede wet van de thermodynamica over gaat.
Een echt voorbeeld van een open systeem is de aarde. Het krijgt elke dag veel energie van de zon. Hierdoor kunnen planten groeien en kan er water worden gegeven om vloeibaar te blijven. Als we de Zon weghalen, zouden planten sterven en zou het water bevriezen omdat het oppervlak van onze planeet te koud zou zijn.
Vragen en antwoorden
V: Wat is thermodynamische entropie?
A: Thermodynamische entropie is een maat voor hoe georganiseerd of ongeorganiseerd energie aanwezig is in een systeem van atomen of moleculen. Het wordt gemeten in joules energie per eenheid kelvin.
V: Wat staat er in de derde wet van de thermodynamica?
A: De derde wet van de thermodynamica stelt dat wanneer de totale entropie is bereikt, er geen energie meer is om uit te geven.
V: Wat zijn de twee soorten "kamers" die in de tekst worden genoemd?
A: De twee soorten "kamers" die in de tekst worden genoemd zijn een open systeem en een gesloten systeem. Een open systeem betekent dat energie (zoals warmte) vrij in en uit kan stromen, terwijl een gesloten systeem betekent dat het van buitenaf is afgesloten; er kan geen energie in of uit.
V: Hoe beïnvloedt nieuwe energie de totale entropie?
A: Nieuwe energie verlaagt de totale entropie, omdat zij meer organisatie binnen het systeem mogelijk maakt. Als wij bijvoorbeeld een verwarming in een kamer met koude thee plaatsen, kunnen wij de warmte ervan gebruiken om het kopje thee opnieuw te verwarmen. Dit brengt nieuwe energie in de kamer, waardoor de totale entropie afneemt.
V: Kunt u een voorbeeld geven van een open systeem?
A: Een reëel voorbeeld van een open systeem is de aarde, die elke dag veel energie van de zon krijgt, waardoor planten kunnen groeien en water vloeibaar blijft.
V: Hoe beïnvloedt het bereiken van de totale entropie een kopje hete thee?
A: Wanneer de totale entropie van een kop hete thee is bereikt, is er geen warmte meer die kan worden verspreid.
