ENTROPIA

Il concetto di entropia venne introdotto agli inizi del XIX secolo nell'ambito della termodinamica, per descrivere una caratteristica di tutti i fenomeni allora conosciuti nei quali si osservava che le trasformazioni avvenivano in una sola direzione.

TUTTI I PROCESSI SPONTANEI HANNO UNA DIREZIONE NATURALE, UN VERSO NATURALE DI CAMBIAMENTO

“È ovvio a tutti che i fenomeni del mondo sono chiaramente irreversibili. Ciò significa che le cose accadono in un verso e non in un altro. [...] la dimostrazione di questo è data facendo vedere un pezzo di film in cui sono ripresi vari fenomeni, facendolo girare nel senso inverso e poi aspettando le risate. Questo significa che tali cose non accadono nel mondo reale”

Richard Feynman: “La legge fisica”

TUTTE LE TRASFORMAZIONI CHE AVVENGONO NEL MONDO REALE SONO IRREVERSIBILI

ESEMPI:

1. Combustione di un pezzo di carbone: se si brucia un pezzo di carbone, la sua energia si conserva e si converte in calore, oltre che in energia contenuta nell'anidride carbonica, nell'anidride solforosa e negli altri residui di combustione. Sebbene durante la combustione non si sia perduta energia, non e' possibile invertire il processo di combustione e ricreare dai suoi scarti il pezzo di carbone originale. Pertanto, questa trasformazione e' irreversibile.

2. Pendolo che oscilla in presenza di attrito: questo fenomeno termodinamico e' irreversibile in quanto la dissipazione di energia, dovuta agli attriti, allontana sempre di piu' il pendolo dallo stato iniziale, facendo evolvere il sistema verso l'equilibrio statico.

COS'E' L'ENTROPIA?

Per rispondere a questa domanda, e' opportuno leggere, attraverso il Secondo Principio della Termodinamica, due semplici processi, che avvengono spontaneamente in natura.

Il Secondo Principio della Termodinamica, definisce la direzione in cui evolvono spontaneamente i processi naturali e puo' essere enunciato nel modo seguente:

il calore passa spontaneamente solo da un corpo piu' caldo ad uno piu' freddo.

Processo 1: Si consideri un cubetto di ghiaccio immerso in una vaschetta contenente dell'acqua calda. L'intero sistema viene isolato¹ dall'abiente esterno mediante un contenitore chiuso, di vetro trasparente, in modo che il fenomeno cui e' sottoposto il ghiaccio possa essere completamente osservato. L'acqua calda scioglie il cubetto di ghiaccio cedendogli calore. Il processo termina quando il ghiaccio e' completamente fuso e l'acqua e' piu' fredda rispetto all'inizio del processo. Il fenomeno si arresta naturalmente quando l'intero sistema raggiunge l'equilibrio. Essendo il sistema isolato, per il principio di conservazione dell'energia (primo principio della termodinamica), l'energia finale e' uguale a quella iniziale. Nel passare dallo stato iniziale a quello finale, l'intero sistema ha subito un cambiamento irreversibile.

Processo 2: Si consideri una tazza di caffe' caldo, posta in un contenitore chiuso di vetro (sistema isolato¹). La tazza di caffe' e' piu' calda dell'aria che la circonda. Caffe', tazza ed aria sono corpi a contatto termico ed il calore fluisce spontaneamente dal corpo piu' caldo a quello piu' freddo. Il processo si arresta quando i corpi sono tutti alla stessa temperatura, ossia quando il sistema ha raggiunto l'equilibrio. Essendo il sistema isolato, per il principio di conservazione dell'energia (primo principio della termodinamica), l'energia finale e' uguale a quella iniziale. Nel passare dallo stato iniziale a quello finale, il sistema ha subito un cambiamento irreversibile.

Quando un sistema passa da uno stato iniziale A ad uno stato finale B, anche se l'energia si conserva, lo stato A e' diverso dallo stato B. Questo induce ad affermare che la Prima Legge della Termodinamica non spiega in che cosa lo stato iniziale del sistema sia diverso da quello finale. In definitiva:

il concetto di energia serve ad esprimere cio' che permane e non cio' che cambia.

Allora: “come si spiega la tendenza al cambiamento nel mondo naturale?”

Ed inoltre: “come si spiega la direzionalita' insita in ogni processo spontaneo?”

Ciascun sistema deve avere una proprieta' che cambia ogni volta che avviene un processo spontaneo.

Questa proprieta' e' l'entropia:

Entropia = Contenuto di Cambiamento

La differenza tra lo stato iniziale A e lo stato finale B di un qualunque sistema isolato e' la quantita' di cambiamento avvenuto nel processo spontaneo; ossia: l'entropia dello stato A e' diversa da quella dello stato B.

¹Sistema isolato = sistema che non scambia ne' materia ne' energia con l'ambiente esterno.

Guarda il filmato - L'ENTROPIA