Equilíbrio de entropia

O equilíbrio de entropia é uma equação de equilíbrio da termodinâmica . Ele considera a entropia adicionada ou removida através da fronteira do sistema de um sistema termodinâmico e a entropia produzida dentro do sistema.

Equação de equilíbrio

Em termodinâmica, a entropia é entendida como uma variável de estado e, portanto, pode ser balanceada , assim como, por exemplo, a massa e a energia de um sistema. Se você inserir a entropia na equação de equilíbrio geral , obterá o termo

${\ displaystyle dS = \ sum _ {i} dS_ {i} ^ {SG} + dS ^ {Q}}$.

Isto é

${\ displaystyle S}$ a entropia

${\ displaystyle dS ^ {SG}}$ um fluxo de entropia sobre o limite do sistema

${\ displaystyle \ textstyle \ sum _ {i} dS_ {i} ^ {SG}}$ a soma de todos os fluxos de entropia ao longo da fronteira do sistema

${\ displaystyle dS ^ {Q}}$ a mudança na entropia dentro do sistema.

A entropia pode entrar ou sair da área de equilíbrio na forma de calor ou junto com matéria adicionada ou removida do sistema. O seguinte se aplica à soma de todos os fluxos de entropia através da fronteira do sistema:

${\ displaystyle \ sum _ {i} dS_ {i} ^ {SG} = dS_ {Q} + dS_ {M}}$.

Isto é

${\ displaystyle dS_ {Q}}$ a mudança na entropia devido ao calor

${\ displaystyle dS_ {M}}$ a mudança na entropia devido ao transporte da matéria.

Se você inserir este termo na equação superior e especificar o termo fonte com mais precisão , substituindo-o por , obterá o equilíbrio de entropia na forma ${\ displaystyle dS ^ {Q}}$${\ displaystyle S_ {irr}}$

${\ displaystyle dS = dS_ {Q} + dS_ {M} + dS_ {irr}}$.

Esta equação lê para processos contínuos

${\ displaystyle {\ frac {dS} {d \ tau}} = {\ dot {S}} _ {Q} + {\ dot {S}} _ {M} + {\ dot {S}} _ {irr }}$.

Há tempo. ${\ displaystyle \ tau}$

De acordo com a convenção de sinais, a entropia gerada ou adicionada é positiva, enquanto a entropia removida é negativa. A entropia pode ser aumentada ou diminuída por meio da energia do calor ou do transporte de matéria. e conseqüentemente pode ser positivo ou negativo. O termo fonte, por outro lado, denota a entropia produzida no sistema por processos irreversíveis (por exemplo, dissipação ). De acordo com a segunda lei da termodinâmica , nenhuma entropia pode ser destruída em um sistema fechado. Portanto, é verdade .${\ displaystyle {\ dot {S}} _ {Q}}$${\ displaystyle {\ dot {S}} _ {M}}$${\ displaystyle {\ dot {S}} _ {irr}}$${\ displaystyle {\ dot {S}} _ {irr} \ geq 0}$

Pois existe um processo reversível , para um processo irreversível.${\ displaystyle {\ dot {S}} _ {irr} = 0}$${\ displaystyle {\ dot {S}} _ {irr}> 0}$

Equilíbrio de entropia da biosfera

A equação de equilíbrio de entropia é usada para descrever processos termodinâmicos de não equilíbrio, por exemplo, no contexto da termodinâmica irreversível e para seres vivos . Estes, também, só podem diminuir sua entropia exportando entropia para seu ambiente.

Um sistema importante para os humanos que contém seres vivos é a biosfera . Seu equilíbrio de entropia é determinado pela entropia gerada na biosfera e pela capacidade de suas interfaces de exportar entropia para o espaço. Pode ser essencialmente representado como uma importação de energia solar de ondas curtas, a grande maioria da qual é refletida de volta para o espaço na forma de ondas longas. Se a entropia gerada na biosfera for maior do que pode ser exportada por meio de interfaces variáveis, então a entropia na biosfera aumenta.

Mesmo que o sistema em consideração contenha seres vivos inteligentes, sua entropia não pode ser reduzida por meio de medidas e inovações por seres inteligentes contidos no sistema, mas apenas por meio da exportação.

Observações

1. ↑ O aumento do dióxido de carbono na atmosfera altera os parâmetros das interfaces para a exportação de entropia.

literatura

• Axel Kleidon, Ralph D. Lorenz: Non-Equilibrium Thermodynamics and the Production of Entropy. Springer Verlag, Heidelberg 2004, ISBN 3-540-22495-5 .
• W. Schneider, S. Haas: Repetitorium Thermodynamik. 1996, ISBN 3-486-23844-2 , Capítulo 8.8: Equilíbrio de entropia e segunda lei

Evidência individual

1. ↑ ^{a b c d e f} Peter Stephan, Karlheinz Schaber, Karl Stephan , Franz Mayinger: Termodinâmica. Noções básicas e aplicações técnicas. Volume 1: Sistemas de um componente. 19ª edição. Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-30097-4 , pp. 187ss.
2. ↑ Leó Szilárd: Sobre a diminuição da entropia em um sistema termodinâmico quando seres inteligentes intervêm. In: Journal of Physics. Volume 53, Nos. 11-12, novembro de 1929, pp. 840-856. ( Link para o resumo . O artigo também está incluído em Harvey S. Leff, Andrew F. Rex: Maxwell's Demon. Entropy, Information, Computing. 1989, ISBN 0-691-08727-X )