Che cos'è l'entropia?
L'entropia descrive la tendenza dei sistemi a passare da uno stato di organizzazione superiore a uno stato di organizzazione più bassa a livello molecolare. Nella tua vita quotidiana, comprendi intuitivamente come funziona l'entropia ogni volta che versi lo zucchero nel caffè o sciogli un cubetto di ghiaccio in un bicchiere. L'entropia può influenzare lo spazio in cui si diffonde una sostanza, il suo cambiamento di fase da solido a liquido in gas o la sua posizione. In fisica, l'entropia è una misurazione matematica di un cambiamento da energia potenziale maggiore a minore, correlata alla seconda legge della termodinamica.
Entropia deriva da una parola greca che significa "trasformazione". Questa definizione ci dà un'idea del perché le cose apparentemente si trasformano senza motivo. I sistemi possono mantenere l'organizzazione a livello molecolare solo finché viene aggiunta energia. Ad esempio, l'acqua bolle solo finché si tiene una padella sulle fiamme. Stai aggiungendo calore, una forma di energia cinetica, per accelerare le molecole nell'acqua. Se la fonte di calore viene rimossa, tutti possiamo immaginare che l'acqua si raffreddi gradualmente fino a raggiungere la temperatura ambiente. Ciò è dovuto all'entropia, perché le molecole d'acqua tendono a consumare la loro energia potenziale accumulata, rilasciano calore e finiscono con un'energia potenziale inferiore.
La temperatura non è l'unica trasformazione coinvolta nell'entropia. I cambiamenti comportano sempre il passaggio dallo squilibrio all'equilibrio, coerentemente con il passaggio all'ordine decrescente. Ad esempio, le molecole si espandono sempre per riempire uniformemente un contenitore. Quando goccioliamo il colorante alimentare in un bicchiere d'acqua trasparente, anche se non lo mescoliamo, quella concentrazione unita di una goccia si diffonderà gradualmente fino a quando ogni parte dell'acqua avrà la stessa densità di colore.
Un altro tipo di entropia che ha a che fare con il movimento visibile (al contrario del movimento invisibile del calore) riguarda la gravità. A meno che non mettiamo energia in un sistema, come un braccio e una palla, sollevando un oggetto, esso cade verso il suolo. Una posizione elevata ha un'energia potenziale più elevata. Viene convertito in energia cinetica del movimento quando l'oggetto cade. L'oggetto finisce sempre con la posizione di energia potenziale più bassa possibile, ad esempio appoggiandosi al pavimento.
In termini più tecnici, l'entropia è un valore specifico che misura quanta energia viene rilasciata in un sistema quando si deposita nell'energia potenziale più bassa. L'entropia valuta la quantità di disturbo, intesa come un cambiamento di calore, da un punto precedente a un momento successivo. Questo deve avvenire in un sistema "chiuso", in cui nessuna perdita di energia entra o esce. Teoricamente, ciò può essere misurato, ma praticamente è molto difficile creare uno scenario assolutamente chiuso. Nell'esempio di colorante alimentare sopra indicato, parte della soluzione di colorante alimentare potrebbe evaporare, un processo separato dalla distribuzione uniforme di un soluto.