Wat is entropie?

Entropie beschrijft de neiging van systemen om van een staat van hogere organisatie naar een staat van laagste organisatie op moleculair niveau te gaan. In je dagelijkse leven begrijp je intuïtief hoe entropie werkt wanneer je suiker in je koffie giet of een ijsblokje in een glas smelt. Entropie kan de ruimte waarin een stof zich verspreidt, de faseverandering van vast naar vloeibaar naar gas of zijn positie beïnvloeden. In de fysica is entropie een wiskundige meting van een verandering van grotere naar kleinere potentiële energie, gerelateerd aan de tweede wet van de thermodynamica.

Entropie komt van een Grieks woord dat 'transformatie' betekent. Deze definitie geeft ons inzicht in waarom dingen schijnbaar zonder reden transformeren. Systemen kunnen de organisatie alleen op moleculair niveau handhaven zolang energie wordt toegevoegd. Water kookt bijvoorbeeld alleen zolang je een pan boven het vuur houdt. Je voegt warmte toe, een vorm van kinetische energie, om de moleculen in het water te versnellen. Als de warmtebron wordt verwijderd, kunnen we allemaal raden dat het water geleidelijk zal afkoelen tot ongeveer kamertemperatuur. Dit komt door entropie, omdat de watermoleculen hun geaccumuleerde potentiële energie opgebruiken, warmte afgeven en eindigen met een lagere potentiële energie.

Temperatuur is niet de enige transformatie die betrokken is bij entropie. De veranderingen omvatten altijd het verplaatsen van onevenwicht naar evenwicht, consistent met het verplaatsen naar afnemende volgorde. Moleculen verspreiden zich bijvoorbeeld altijd om een ​​container uniform te vullen. Wanneer we voedselkleuring in een helder glas water druppelen, zal de verenigde concentratie van een druppel zich geleidelijk verspreiden, zelfs als we het niet roeren, totdat elk deel van het water dezelfde kleurdichtheid heeft.

Een ander type entropie dat te maken heeft met zichtbare beweging (in tegenstelling tot de onzichtbare beweging van warmte) betreft zwaartekracht. Tenzij we energie in een systeem stoppen, zoals een arm en een bal, valt het naar de grond door een object omhoog te houden. Een verhoogde positie heeft een hogere potentiële energie. Het wordt omgezet in kinetische bewegingsenergie wanneer het object valt. Het object eindigt altijd met de positie van de laagst mogelijke potentiële energie, zoals tegen de vloer rusten.

In meer technische termen is entropie een specifieke waarde die meet hoeveel energie wordt vrijgegeven in een systeem wanneer het zich vestigt in de laagste potentiële energie. Entropie beoordeelt de hoeveelheid wanorde, begrepen als een verandering in warmte, van een eerder punt naar een later tijdstip. Dit moet gebeuren in een "gesloten" systeem, waarbij geen energie naar binnen of naar buiten lekt. Theoretisch kan dat worden gemeten, maar praktisch is het erg moeilijk om een ​​absoluut gesloten scenario te maken. In het hierboven gegeven voorbeeld van kleurstof voor voedsel kan een deel van de oplossing voor kleurstof voor voedsel verdampen, een apart proces van de uniforme verdeling van een opgeloste stof.