Il Concetto di Entropia e le sue Applicazioni nel Contesto Termodinamico
L’entropia, simboleggiata dalla lettera S e misurata in joule per kelvin (J/K), rappresenta una funzione di stato introdotta da Clausius nel lontano 1865. Il termine deriva dalla combinazione delle parole greche “εν” (che significa “dentro”) e “τροπη” (che significa “trasformazione”). Questa grandezza può essere spiegata secondo la termodinamica classica in sistemi in equilibrio o tramite un approccio statistico.
L’entropia riveste un ruolo fondamentale nello studio della termodinamica e ha avuto un ruolo chiave nell’introduzione del concetto di funzionamento del motore termico, con contributi significativi da parte di illustri studiosi quali Sadi Carnot, James Prescott Joule, William Thomson, Rudolf Clausius e Max Planck.
Una funzione di stato è un’entità il cui valore dipende esclusivamente dalle condizioni iniziali e finali di una trasformazione termodinamica. La variazione di entropia di un sistema, indicata con ∆S, è misurata in relazione ai cambiamenti che il sistema subisce tra uno stato iniziale e uno finale.
La variazione di entropia per un processo reversibile è definita termodinamicamente come ∆S = Q/T, dove Q rappresenta il calore ceduto o assorbito dal sistema e T è la temperatura a cui avviene il processo. In un processo isoentropico, l’entropia del sistema rimane costante (∆S = 0), benché si tratti di un caso ideale. Nei processi irreversibili, come quelli che si verificano a causa di attrito o reazioni chimiche, l’entropia tende ad aumentare.
Il Secondo Principio della Termodinamica formulato da Clausius sostiene che è impossibile realizzare una trasformazione in cui il calore passi da un corpo a una temperatura data ad un altro corpo a temperatura più alta, senza apportare lavoro esterno o altre forme di energia. Questo implica che, in assenza di lavoro esterno o altre interazioni, il calore si trasferisca naturalmente dal corpo più caldo a quello più freddo fino all’equilibrio termico.
In un processo spontaneo, la variazione di entropia è sempre maggiore di zero o al massimo uguale a zero, e questa è legata al concetto di disordine introdotto da Ludwig Boltzmann. Questo fenomeno può essere trattato matematicamente in termini di termodinamica statistica.
I processi spontanei portano a un aumento del disordine e, di conseguenza, dell’entropia. Ad esempio, se si mette un gas in contatto con un recipiente vuoto, il gas tenderà a espandersi per occupare tutto lo spazio disponibile, seguendo il principio di raggiungere lo stato più probabile.
