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L'Entropia

fisica


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L'Entropia

La lava bollente dei vulcani, le cascate, il vento, la pioggia, sono tutte piccole e grandi catastrofi naturali delle quali il principale responsabile è il sole (anche loro fonte primaria e causa di t 131i86b utto ciò che muta sul nostro pianeta).Il professore pone la seguente domanda ai ragazzi ossia se da tutti questi processi naturali si possa risalire ad un unico principio comune (una o più grandezze fisiche che possano descriverli compiutamente). I ragazzi si schierano principalmente dietro due risposte :

1)      Tutti i fenomeni forniscono energia

2)      Energia è la stessa che deriva dal sole e è basato tutto sulla legge di conservazione.

L' uomo ,all'ordine del giorno , interviene nei processi naturali in modo tale che possa trarne vantaggio energetico,ma ne derivano svantaggiose conseguenze per l'ambiente, quindi il professore pone come nuovo quesito :  "se i processi artificiali possono essere inquadrati dalle stesse leggi naturali precedenti.":

1)      alcuni lo danno per scontato perché ovviamente devono seguire i principi della natura(conservazione dell'energia)



2)      altri lo affermano semplicemente.

La domanda che ora sorge spontanea è se ci basta la sola energia a spiegare i mutamenti che avvengono sotto il sole.

Per capirlo dobbiamo riprodurre "simili" comportamenti in laboratorio.

Ora il nostro cammino si biforcherà in due sentieri a causa dei due sistemi che ci verremo a trovare per risolvere il dubbio sorto precedentemente.

1° sistema) Un cubetto di ghiaccio in dell'acqua calda

2° sistema) una pallina che si muove su un piano come quello in fig. 1

  

Fig. 1

poi c'è un terzo sistema posto solo allo scopo di spiegare il risultato dei 2 precedenti:

3° sistema)in una vasca ,separati da una lastra di vetro ci sono due liquidi di diverso colore, se alzassimo la lastra i due liquidi comincerebbero a mischiarsi fino a raggiungere uno stato di equilibrio del sistema,ossia fino a vedere un solo liquido che sia il risultato del miscuglio tra il primo e il secondo.

In sostanza questi 3 processi avvengono nello stesso modo(in modo spontaneo), finché il sistema non si trova in equilibrio. E  hanno in comune il fatto che non si verificheranno mai in modo inverso.

Noi sappiamo che l'energia rimane costante ,e infatti ciò si verifica in tutti e tre i casi, ma essa è solo ciò che permane, mentre noi vogliamo trovare ciò che cambia dallo "Stato A" allo "Stato B". Quindi se A è diverso da B ,ma l'energia è la stessa, ci deve essere stato qualcosa all'interno del sistema che è mutata! Essa si chiama "ENTROPIA", la sua proprietà è di essere : "contenuto di cambiamento", infatti l'entropia in "A" è differente dall'entropia in "B".

Secondo il II principio della termodinamica l'entropia tende ad aumentare ,cioè ad arrivare al massimo(il quale massimo varia di sistema in sistema).

Questi cambiamenti dallo "stato A" allo "stato B"(poiché naturali) risultano essere irreversibili e risultano avere diversa entropia ; infatti l'entropia in B è maggiore dell'entropia in A e possiamo quindi aggiungere che quando l'entropia arriva al massimo ,per un sistema, esso non muta più perché si trova in uno stato di equilibrio.

ENERGIA = COST

ENTROPIA = TENDE AD AUMENTARE




Abbiamo ora come nuovo esempio una tazza di caffè caldo (stato A) che messo a contatto con l'ambiente comincia a liberare calore finché il sistema non raggiunge l'equilibrio,ossia finché l'ambiente e la tazza non raggiungono la stessa temperatura (stato B); esso ha subito un cambiamento irreversibile,ovvero l'entropia è passata da "A" a "B" (max).

Invertire questi processi SPONTANEI è impossibile: 1)perché andrebbero contro il II principio della termodinamica 2) e perché l'entropia sarebbe maggiore all'inizio che alla fine. In questo contesto abbiamo le macchine termiche che si sfruttano processi spontanei ,ma che non si riprodurrebbero mai da soli.

La Freccia del Tempo

Il tempo scorre !!! se affiancassimo una fiamma ad un cerino ,esso si accenderebbe ,brucerebbe fino a diventare cenere. Ma perché questo avviene?

Si principalmente perché l'abbiamo acceso noi ,ma anche per lo scorrere del tempo. Se scattassimo delle foto durante questo processo sarebbe piuttosto facile sistemarle in ordine temporale perché esso può andare solo in un verso (essendo i fenomeni naturali irreversibili). La medesima situazione si otterrebbe, se facessimo cadere una goccia d'inchiostro in un recipiente pieno d'acqua,e anche questo sarebbe semplice da ricostruire.

Ma in che modo potremo sistemare in ordine temporale questa situazione?:

 

sicuramente i modi sono parecchi e tutti possibili!Questa crisi (di non saper ordinare questi disegni) è causata dall'inesistenza di questa situazione,poiché essa è 1) una situazione in cui manca l'attrito 2) priva di trasformazione dell'energia in calore 3) priva di aumento di entropia (perché ci troviamo in assenza di mutamenti).Anche se non possiamo saperlo con certezza,ma dato che se aumentassimo l'attrito le quote raggiunte dalla pallina diminuirebbero proporzionalmente,possiamo affermare che se l'attrito possa essere eliminato radicalmente la pallina non diminuirebbe mai l'altezza delle sue quote.

    







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