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L'ENTROPIA
PAGINA TRATTA DAL SITOhttp://digilander.iol.it/giagia/entropia.htm
In generale possiamo definire subito l'entropia come una grandezza fisica che quantifica l'attitudine a convertirsi in lavoro di una quantità di calore Q.
È il nome dato da Clausius alla funzione di stato termodinamica S=( dQ/ T) ove dQ è
la quantità di calore che il sistema in esame ha scambiato con l'esterno nel corso di una sua trasformazione reversibile infinitesimale, e T la temperatura assoluta alla quale è avvenuto lo scambio della quantità di calore dQ.
La variazione di entropia di un sistema può venir calcolata unicamente nel caso di trasformazioni reversibili, costituite da successioni continue di stati di equilibrio; essa dipende soltanto dagli stadi stati iniziale e finale della trasformazione e non dal particolare tipo di trasformazione che ha portato da uno stato all'altro. Perciò la variazione di entropia è nulla se il sistema, alla fine di una trasformazione, ritorna nelle stesse condizioni iniziali; l'entropia di un sistema che percorre un ciclo chiuso reversibile rimane perciò costante. In accordo con il secondo principio della termodinamica l'entropia di un sistema isolato non diminuisce mai e aumenta nelle trasformazioni irreversibili, per es. nei processi spontanei in cui il sistema raggiunge uno stato di equilibrio.
L'entropia si può anche definire in forma statistica come una misura del grado di disordine di un sistema: esiste infatti una relazione precisa tra entropia e probabilità data dalla formula S=Klogp dove K è la costante di Boltzmann e p la probabilità di uno stato del sistema, definita come il numero delle possibili configurazioni che danno origine allo stesso stato termodinamico. L'aumento di entropia che si manifesta in un sistema isolato che raggiunge uno stato di equilibrio può essere considerato come l'effetto della tendenza di ogni sistema a evolversi da uno stato meno probabile a uno stato più probabile. In un cristallo perfetto allo zero assoluto ogni suo costituente (atomo o molecola) occupa il livello più basso di energia: esiste quindi una sola configurazione possibile e perciò l'entropia del sistema è nulla (terzo principio della termodinamica).
Volgendo il discorso alla cibernetica, si osserva che durante la trasmissione di un messaggio attraverso un mezzo fisico (ad es. un conduttore) il mezzo si trova in uno stato di maggiore "ordine" rispetto allo stato precedente e susseguente. A questo maggiore ordine corrisponde una minore entropia e la differenza è tanto maggiore quanto maggiore è il contenuto di informazione del messaggio, ossia quanto minore è la probabilità dello stato "ordinato".
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Questo è il testo originale del sito. Occorre fare qualche precisazione.
1) la relazione S = (dQ / T) non è corretta perché, essendoci un differenziale dQ al secondo membro, deve essercene un altro al primo (una quantità infinitesima come dQ non può essere uguale a una quantità finita come S). La scrittura corretta è dS = dQ / T, cioè: la variazione infinitesima di energia termica produce una variazione infinitesima dell'entropia.
2) i sistemi isolati sono una invenzione algebrica; nella realtà fisica non è possibile schermare completamente nessun luogo: per esempio non si può in nessun modo annullare il campo gravitazionale. Ma anche rispetto alle radiazioni (luce, calore, raggi x e g, neutrini, emissione a, ecc.) è impossibile una schermatura totale. Ne segue che tutte le trasformazioni reali hanno entropia crescente.
3) in campo ingegneristico e impiantistico si parte sempre da soluzioni ottimali, anche idealizzate, dalle quali si ricavano condizioni da perseguire, ma non raggiungibili tecnicamente, almeno nello stato attuale delle nostre conoscenze. In particolare la costanza dell'entropia probabilmente si raggiungerà se e quando l'universo sarà morto e "fermo".
4) anche in questo brano si associa il significato di entropia a quello di "ordine" e "disordine", come se queste due parole rappresentassero una realtà oggettiva e non invece una qualità soggettiva secondo il modo di vedere dell'osservatore (vedi il paragrafo ENTROPIA nel capitolo Termodinamica).
5) il legare l'entropia alla probabilità è anch'esso un artificio matematico, poiché non è escludibile a priori che i fenomeni evolvano sempre verso livelli di probabilità minore (non si può escludere che il numero 28 non esca mai più sulla ruota di Cagliar!). In fisica, per escludere un evento bisogna prima esaurire tutte le possibilità (vedi il paragrafo PROBABILITA' nel capitolo Teoria degli errori).
6) la frase "in un cristallo perfetto allo zero assoluto" tecnicamente non ha significato (è una pura astrazione mentale) perché dovremmo avere un criterio oggettivo e verificabile per dire che il cristallo è "perfetto" e dovremmo essere certi di aver raggiunto lo zero assoluto. Entrambe le cose sono attualmente non raggiungibili (vedi il paragrafo LO ZERO ASSOLUTO nel capitolo Termodinamica).
NOTA BENE
Tutto ciò che si è detto nelle note non vuol dire che le astrazioni mentali e gli artifici matematici sono da buttare via, anzi:
tutto il progresso della scienza è cominciato forse quando Galileo si chiese: se non ci fosse l'aria come cadrebbero le cose dalla torre di Pisa?.
e al suo tempo era assurdo pensare di togliere l'aria. Il progresso scende dalle teorie e queste spesso cominciano con
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