Legame tra definizione macroscopica e microscopica dell’Entropia
Il sistema formato dalle molecole d’aria in una scatola, in termini di microstati, è molto più complesso di quello delle 180 monete. Un suo macrostato è definito in termini delle variabili macroscopiche Volume, Pressione, Temperatura, Concentrazioni delle specie chimiche presenti, ..
Per avere un’idea del numero di microstati che corrispondono ad un determinato macrostato è utile immaginare di dividere il volume della scatola in celle elementari e di contare in quanti modi una certa configurazione di molecole può realizzarsi.
È evidente che c’è un solo modo in cui le molecole sono tutte in un’unica cella, questo unico microstato corrisponde ad Entropia zero, infatti per la proprietà dei logaritmi: ln 1 = 0
Non c’è alcuna legge fisica che prescriva che le molecole si debbano ripartire in modo uniforme sulle singole celle; ma è un esempio facilmente immaginabile.
Per contare il numero di microstati che corrispondono ad una distribuzione uniforme occorre ricordare che poiché il volume della scatola è stato diviso in un milione di celle, ognuna di esse conterrà un milionesimo del numero totale di molecole, che è ancora un grandissimo numero, infatti 1019 = dieci miliardi di miliardi di miliardi.
I modi in cui queste molecole si possono ripartire sul milione di celle, sempre nella ipotesi di distribuzione uniforme è il numero di microstati w il cui valore determina il valore della funzione Entropia di quel particolare macrostato.
In questo caso S vale 2000 joule/ grado Kelvin, si noti che le sue dimensioni sono diverse da quelle dell’energia (joule).
È errato considerare l’entropia come una forma di energia; la sua definizione, in termini macroscopici, è calore/temperatura cioè energia/temperatura.
Legame tra definizione macroscopica e microscopica dell’Entropia
Quale proposta didattica è migliore?
Esempio: piantare un chiodo nel muro utilizzando un trapano
Inizio: energia elettrica Fine: energia disponibile per piantare il chiodo ed energia non più disponibile (rumore, riscaldamento del trapano, vibrazione del braccio, deformazione della parete, ecc …
Rendimento: per descrivere come l’energia è usata per fare lavoro.
Energia degradata = quella che non si può più utilizzare per compiere lavoro.
Indicatori del fatto che l’energia si degrada?
Energia iniziale si è distribuita fra i costituenti il sistema.
Energia degradata non è più riutilizzabile per lavoro utile: il degrado è irreversibile.
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