idraulica
astrofisica
sito itn
errori
giovanni38@tiscali.it
radiazione solare
meccanica
casa

L'ENTROPIA

Devoto - Oli: fornisce una misura del grado di disordine in cui si trovano gli elementi microscopici che costituiscono il sistema.
(questa pagina è riprodotta dal capitolo di Idraulica)

Per una volta non sono completamente d'accordo con il vocabolario Devoto - Oli. L'entropia può fornire anche una misura dell'ordine in cui si trova il sistema: basta intendersi sul significato di ordine e disordine.
Comunemente si dice per definire l'ordine: ogni cosa al suo posto e un posto per ogni cosa. In questo senso il nostro universo è attualmente disordinato: infatti la materia non è tutta in un posto e l'energia non è tutta in un altro posto. Si può obiettare che le stelle non sono elementi microscopici: questo è vero rispetto agli atomi, ma è vero, però, rispetto alle dimensioni dell'universo! Se io guardo il sistema universo, i punti - stelle sono microscopici come dice la definizione del vocabolario.
Ma: il minestrone è un sistema ordinato o disordinato? Secondo me il minestrone è un sistema ordinato (un particolare sistema, è vero) se fagioli e carote e sedano e quant'altro sono distribuiti in modo all'incirca uniforme in tutta la sua massa; sarebbe disordinato se i fagioli fossero tutti sul fondo del piatto e le carote tutte in superficie. Allora, in questo senso, il nostro universo è attualmente ordinato perché, da qualunque parte guardiamo, vediamo stelle a non finire, in un brodo di energia (luce, calore, ....) che tutto avvolge.
Se guardiamo gli atomi che costituiscono la materia contenuta nel minestrone possiamo di nuovo fare considerazioni opposte di ordine e disordine: dappertutto ci sono atomi (e questo è ordine) ma di diversa natura (e questo è disordine) che si muovono in tutti i modi possibili (e questo è disordine), ma tutti composti di elettroni, protoni e neutroni (e questo è ordine), e tra gli atomi ci sono spazi vuoti immensi(*) (e questo è disordine), che però sono sede di campi elettromagnetici (e questo è ordine), ....
Nel vocabolario: disordine: spiacevole e svantaggioso modo di presentarsi o di condursi, provocato dall'assenza o dalla perdita dell'appropriato criterio di collocazione, disposizione, distribuzione. Come si vede, basta cambiare il criterio di collocazione, disposizione o distribuzione per passare da ordine a disordine o viceversa.
TERMODINAMICA.
In termodinamica(**) l'entropia di un sistema viene definita con la seguente relazione:

D S = D Q / T (***)

nella quale S è l'entropia, Q è il calore e T è la temperatura assoluta. Vediamo subito il significato elementare della formula: quando la temperatura T dell'energia termica Q diminuisce, l'entropia S cresce; quando la temperatura tende a zero, l'entropia tende all'infinito.
Chiariamo meglio: a) poiché non conosciamo le situazioni nelle quali S = 0 e Q = 0, possiamo parlare soltanto di variazioni rispetto ad una situazione precedente; b) al momento del Big Bang(****) la temperatura era massima e quindi l'entropia minima; da allora ad oggi la temperatura dell'universo non ha fatto altro che diminuire e quindi l'entropia è sempre cresciuta; c) quando si accende un fiammifero l'entropia diminuisce, ma, quando si spegne (e si spegne per sempre!) l'entropia cresce sempre più; d) poiché tutto tende a spegnersi (anche le stelle!) l'entropia è destinata a crescere sempre; e) se un giorno l'universo si contrarrà (Big Crash) l'entropia diminuirà di nuovo sino ad un minimo.
Si dice anche che l'entropia misura la degradazione dell'energia, da forme nobili a forme plebee. Naturalmente l'energia è nobile quando noi siamo in grado di sfruttarla ai nostri fini, mentre è degradata (ignobile, plebea) quando non siamo più in grado di servircene. In particolare è nobile l'energia potenziale, l'energia elettrica, l'energia cinetica, ecc. La più ignobile è l'energia termica a bassa temperatura, per esempio il calore che "esce" dal tubo di scappamento delle nostre automobili: è ignobile perché, almeno per ora, non siamo in grado di far funzionare un altro motore usando quel calore. Naturalmente come sempre tutto è relativo: quello stesso calore è una benedizione insperata per microbi e batteri, per i quali la scala di nobiltà è esattamente opposta alla nostra. L'entropia quindi in se stessa non è né buona né cattiva: è un dato naturale che assume una valenza etica solo in funzione degli obiettivi da raggiungere. In definitiva è meglio dire che l'entropia misura lo stato termico di un sistema, senza precisare se tale stato è ordinato o disordinato, se è buono o cattivo. Forse in tutte le religioni inventate dall'uomo nella sua storia, è desiderabile lo stato di beatitudine permanente che segue la morte (entropia cosciente zero), eppure nessuno o quasi desidera morire!
Supponendo che l'universo si espanda all'infinito, che tutte le stelle muoiano, che non se ne formino altre, la temperatura tenderà a diventare zero assoluto (senza mai raggiungere tale valore!), in tale situazione l'entropia raggiungerà il suo valore massimo: potremo dire che si sarà raggiunto il massimo disordine? Io dico che tale situazione sarà di massimo ordine, perché in ogni punto dell'universo ci sarà la stessa temperatura, quella della morte totale!
D'altra parte però ....


(*) Vedi il paragrafo Energia solare in Elementi di meccanica celeste e astrofisica nelle note.
(**) Termodinamica alla lettera vuol dire "movimento del calore". La scienza della termodinamica studia appunto i fenomeni che si generano quando l'energia termica si "sposta" da un corpo ad un altro, oppure da un luogo ad un altro.
(***) Il simbolo D si legge "delta" ed è la maiuscola di d dell'alfabeto greco. Si usa per indicare la variazione di una grandezza, in questo caso dell'entropia e dell'energia termica.
(****) Vedi il paragrafo Big Bang in Elementi di meccanica celeste e astrofisica.