Termodynamická entropie
Termodynamická entropie je měřítkem toho, jak uspořádaná nebo neuspořádaná je energie v systému atomů nebo molekul. Měří se v joulech energie na jednotku kelvinu. Entropie je důležitou součástí třetího termodynamického zákona.
Představte si, že skupina molekul má deset jednotek energie. Pokud je energie v těchto molekulách dokonale uspořádána, pak mohou molekuly vykonat deset jednotek práce. Pokud by však byla energie méně uspořádaná (tedy entropie by se zvýšila), mohly by molekuly vykonat pouze šest jednotek práce, přestože v sobě stále mají deset jednotek energie.
Když je dosaženo celkové entropie, není již možné vynaložit žádnou energii. Dobrým příkladem je šálek horkého čaje. Čaj má hodně energie ve srovnání s místností, ve které se nachází. Časem se teplo z čaje rozšíří do místnosti. Čaj bude chladnější. Je to proto, že energie (teplo) v čaji se přesouvá do okolí. Jakmile čaj vychladne, už se v něm žádné teplo nemůže šířit. Čaj dosáhl úplné entropie.
Existují dva typy těchto "místností": Otevřený systém a uzavřený systém. Otevřený systém znamená, že energie (například teplo) může volně proudit dovnitř a ven z místnosti. Uzavřený systém znamená, že místnost je uzavřena od okolí; žádná energie nemůže proudit dovnitř ani ven.
V případě čaje byla místnost uzavřeným systémem, do kterého nemohla vstoupit žádná energie. Můžeme z ní však také udělat otevřený systém tím, že do místnosti umístíme topné těleso. Pokud topení zapneme, můžeme teplo z něj využít k ohřátí šálku čaje. Do místnosti se dostala nová energie. Entropie se tak snížila. Teplo, které přešlo z ohřívače do čaje, se pak může opět přesunout do místnosti, dokud není dosaženo celkové entropie. Právě o tom je druhý termodynamický zákon.
Skutečným příkladem otevřeného systému je Země. Denně získává velké množství energie ze Slunce. Díky tomu mohou růst rostliny a voda zůstává tekutá. Kdybychom Slunce odebrali, rostliny by uhynuly a voda by zmrzla, protože povrch naší planety by byl příliš chladný.
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je to termodynamická entropie?
A: Termodynamická entropie je měřítkem toho, jak uspořádaná nebo neuspořádaná je energie v systému atomů nebo molekul. Měří se v joulech energie na jednotku kelvinu.
Otázka: Co říká třetí termodynamický zákon?
Odpověď: Třetí termodynamický zákon říká, že když je dosaženo celkové entropie, není již možné vydávat žádnou další energii.
Otázka: Jaké jsou dva typy "místností" zmíněné v textu?
Odpověď: V textu jsou zmíněny dva typy "místností": otevřený systém a uzavřený systém. Otevřený systém znamená, že energie (například teplo) může volně proudit dovnitř a ven, zatímco uzavřený systém znamená, že je uzavřen před okolím; žádná energie nemůže proudit dovnitř ani ven.
Otázka: Jak ovlivňuje nová energie celkovou entropii?
Odpověď: Nová energie snižuje celkovou entropii, protože umožňuje větší uspořádání systému. Pokud například umístíme ohřívač do místnosti se studeným čajem, můžeme teplo z něj využít k ohřátí šálku čaje. Tím se do místnosti dostane nová energie, která sníží její celkovou entropii.
Otázka: Můžete uvést příklad otevřeného systému?
Odpověď: Skutečným příkladem otevřeného systému je Země, protože každý den získává ze Slunce velké množství energie, která umožňuje růst rostlinám a udržovat vodu v tekutém stavu.
Otázka: Jak ovlivňuje dosažení celkové entropie šálek horkého čaje?
Odpověď: Když je dosaženo celkové entropie šálku horkého čaje, už se v něm nemůže šířit žádné teplo, takže vychladne, protože všechno jeho teplo se přesune do okolí.
