Icon up Overzicht

Grootte van entropie

Onderwerp: Thermische processen

Hieronder wordt een suggestie gedaan voor een profielwerkstuk over entropie. Het is verdeeld in drie stukken. Als het teveel is, kun je één onderdeel weglaten, is het te weinig, dan kun je er misschien iets bij verzinnen. Succes!

Deze opdracht behoort tot het thema Chaos of Orde.

I

Leg uit dat de entropie van een vloeistof groter is dan die van een vaste stof.

De toename bij de overgang van vaste stof naar vloeistof kan ook berekend worden onder bepaalde voorwaarden. Een voorbeeld:

Bereken de toename van de entropie van 500 g ijs dat bij een temperatuur van 0 °C volledig smelt. Het ijs smelt doordat er een warmtereservoir is dat een temperatuur heeft die slechts een heel klein beetje hoger is dan 0 °C. Daarom is het proces reversibel.

Bereken nu de grootte van de entropieverandering van het warmtereservoir en van het ijs. (Gebruik daarbij de smeltwarmte van ijs.)

II

Van een afkoelend voorwerp neemt de entropie af, dat lijkt in strijd met het feit dat in de natuur de entropie juist toeneemt. Leg uit dat de entropie van het afkoelend voorwerp weliswaar afneemt maar dat de entropie in het totaal toch toeneemt. Gebruik daarbij onderstaand voorbeeld.

Een stuk koper met een massa van 1,2 kg en een temperatuur van 600 °C wordt in een zwembad gegooid. De temperatuur van het water in het zwembad is 292 K.

We nemen aan dat er zoveel water in het zwembad zit, dat de temperatuur van het water in het zwembad niet merkbaar toeneemt. De soortelijke warmte van koper is 387 J kg-1 K-1 .

Ga na dat geldt:

ΔSkoper =∫dQ/T = mc∫dT/T = mc(ln T2/T1 ) als de temperatuur van T1 toeneemt tot T2.

Bereken nu ΔSkoper. Dit is een afname van de entropie.

Voor het water in het zwembad geldt dat begin- en eindtemperatuur hetzelfde zijn. ΔSzwembad is uit te rekenen met ΔSzwembad = Q/T. Dit is een toename van de entropie.

Als je koper en zwembad samen bekijkt, zul je zien dat ondanks dat de entropie van het stuk koper afneemt, de entropie in het geheel is toegenomen.

III

In je BINAS-boek staan ook waarden voor entropie. Probeer te achterhalen wat deze waarden inhouden en hoe ze bepaald zijn.