Was ist Entropie?
Entropie beschreibt die Tendenz von Systemen, von einem Zustand höherer Organisation zu einem Zustand niedrigster Organisation auf molekularer Ebene überzugehen. In Ihrem täglichen Leben verstehen Sie intuitiv, wie Entropie funktioniert, wenn Sie Zucker in Ihren Kaffee gießen oder einen Eiswürfel in einem Glas schmelzen. Die Entropie kann den Raum, in den sich ein Stoff ausbreitet, seine Phasenänderung von fest nach flüssig nach gasförmig oder seine Position beeinflussen. In der Physik ist Entropie ein mathematisches Maß für den Wechsel von größerer zu kleinerer potentieller Energie, bezogen auf den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.
Entropie kommt aus dem Griechischen und bedeutet "Transformation". Diese Definition gibt uns einen Einblick, warum sich Dinge scheinbar grundlos verändern. Systeme können die Organisation nur auf molekularer Ebene aufrechterhalten, solange Energie zugeführt wird. Beispielsweise kocht Wasser nur so lange, wie Sie eine Pfanne über Flammen halten. Sie fügen Wärme hinzu, eine Form von kinetischer Energie, um die Moleküle im Wasser zu beschleunigen. Wenn die Wärmequelle entfernt wird, können wir alle vermuten, dass sich das Wasser allmählich auf etwa Raumtemperatur abkühlt. Dies ist auf die Entropie zurückzuführen, da die Wassermoleküle dazu neigen, ihre akkumulierte potentielle Energie zu verbrauchen, Wärme freizusetzen und am Ende eine geringere potentielle Energie zu haben.
Die Temperatur ist nicht die einzige Umwandlung, die an der Entropie beteiligt ist. Die Änderungen beinhalten immer den Übergang vom Ungleichgewicht zum Gleichgewicht, was mit dem Übergang zur abnehmenden Ordnung vereinbar ist. Zum Beispiel breiten sich Moleküle immer aus, um einen Behälter gleichmäßig zu füllen. Wenn wir Lebensmittelfarbe in ein klares Glas Wasser tropfen, wird sich diese vereinte Konzentration eines Tropfens allmählich ausbreiten, bis jeder Teil des Wassers die gleiche Farbdichte aufweist, auch wenn wir es nicht umrühren.
Eine andere Art von Entropie, die mit sichtbarer Bewegung zu tun hat (im Gegensatz zur unsichtbaren Bewegung von Wärme), ist die Schwerkraft. Wenn wir nicht wie ein Arm und eine Kugel Energie in ein System stecken, indem wir einen Gegenstand hochhalten, fällt dieser auf den Boden. Eine erhöhte Position hat eine höhere potentielle Energie. Es wird in kinetische Bewegungsenergie umgewandelt, wenn das Objekt fällt. Das Objekt hat immer die Position mit der niedrigstmöglichen potentiellen Energie, beispielsweise auf dem Boden.
Technischer ausgedrückt ist Entropie ein spezifischer Wert, der misst, wie viel Energie in einem System freigesetzt wird, wenn es sich in der niedrigsten potentiellen Energie einpendelt. Die Entropie bewertet das Ausmaß der Störung, verstanden als Veränderung der Wärme, von einem früheren Zeitpunkt zu einem späteren Zeitpunkt. Dies muss in einem "geschlossenen" System geschehen, in dem keine Energie ein- oder austritt. Theoretisch lässt sich das messen, aber praktisch ist es sehr schwierig, ein absolut geschlossenes Szenario zu erstellen. In dem oben angegebenen Lebensmittelfarbstoffbeispiel kann ein Teil der Lebensmittelfarbstofflösung verdampfen, ein getrennter Prozess von der gleichmäßigen Verteilung eines gelösten Stoffs.