По-простому, что такое энтропия?

На этот вопрос часто отвечают люди, не разбирающиеся в термодинамике, но напускающие философского тумана и мозгокрутства гуманитарно-спекулятивного и демагогического характера. Постараюсь  понятно и одновременно правильно, точно. Это просто рабочий инструмент в теплотехнических, термодинамических газодинамических расчетах, без   всякой мистики и чудес. Наберитесь терпения. Энтропия - это величина, являющаяся одним из показателей состояния некоторого рабочего тела. при этом каждому значению  температуры и давления, для примера, воздуха соответствует некоторое значение энтропии. Единица измерения - такая же, как и теплоемкости, Джоль/кг К. Когда есть единица измерения, ввопрос переходит из сферы заоблачных философских эмпирей в практическую плоскость. Для многих технически важных рабочих тел, например, азота, кислорода, водяного пара, метана и других углеводородов, гелия и так далее -  существуют термодинамические таблицы, в которых при каждом давлении и температуре даются значения 4 или 5 основных параметров -

1.  удельный объем - сколько занимает один килограмм вещества

2 - теплоемкость -количество тепла, которое необходимо подвести к одному телу, чтобы нагреть его на 1 градус

3 -внутренняя энергия в Джоулях на 1 килограмм

4 -энтальпия - внутренняя энергия плюс произведение давления на удельный объем, также в Джоулях на 1 килограмм

А теперь несколько простейших формул, наберитесь терпения.  Сначала что берется за  ноль энтропии? Представьте себе, ноль выбирается произвольно, как температура - можно отсчитывать от абсолютного нуля, а можно от температура плавления воды. Для энтропии обычно берется ноль в тройной точке, где одновременно жидкость, лед и пар. Так, для воды это практически при температуре плавления, всего 1 сотая градуса, давление пара также чуть меньше 1 сотой атмосферы, но это не суть важно.

Так вот, определяется не энтропия как таковая, а ее приращение. Вот формула, чтобы было понятно, разберу с численным примером. Пусть есть 1 килограмм газа, с  начальной нулевой энтропией. нагреем его, например на один градус, как изменится энтропия?

dS=dQ/T -вся формула

здесь dQ -  тепло, Дж,     для нагрева 1 кг газа на 1 градус (обозначаем К-кельвин).  Например, для воздуха это примерно    1000Дж/кг. Если начальная температура, скажем, 200 К, прирост энтальпии dS=1000/200 = 5 Дж/кг х К. Нагреем еще на 1 градус. То же самое, только вместо 200К уже делим на 201 К и т.д. Так определяются значения в широком диапазоне температур и давлений. Значения энтропии табулированы. Есть таблицы для многих десятков веществ.

Кстати, на практике важна, не столько упорядоченность, информация, (отчасти мифическая) сколько ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОБРАТИМОСТЬ. Что это за зверь. Например, сжимаем некоторое количество воздуха в компрессоре при начальной  комнатной температуре 293 К до 100 атмосфер, при этом воздух нагревается, например, до 800 К. А затем этот сжатый и нагретый воздух пропускаем через турбину снижаем давление до исходного значения. В идеале при 100% КПД компрессора и турбин рабочее тело ( воздух) вернется к исходному состоянию - 1 атмосфера и 293 К (т.е 20 град Цельсия). При этом работа, совершенная компрессором, такая же как турбины, только с обратным знаком.

В реальности КПД лучших компрессоров и турбин около 90%, поэтому в турбине вернется в лучшем случае процентов 75 От работы, затраченной на сжатие.

С помощью энтропии и таблиц, можно определить работу сжатия и расширения

Берем, например, воздух на входе самолетной турбины при 20 атмосферах и начальной температуре 1400К. Открываем термодинамические таблицы. Например, имеем значение  энтропии 12, 384 кДж/кг х К.

а теперь берем ту же таблицу при давлении 1 атмосфера и ищем такую температуру, при  которой значение энтропии будет таким же, как и перед турбиной, например, это  будет 800 К. Работа идеального расширения  равна разности энтальпий, которые есть в таблице. А теперь идеалную работу умножаем на КПД, получаем реальную работу. К сожалению, в  тепловых двигателях полезная работа турбины (или поршня при расширении) меньше идеальной, умножается на КПД, а работа сжатия - "вредная работа" - наоборот больше идеальной, делится на КПД.

Пока пора заканчивать, если интересно могу продолжить, ответить на дополнительные вопросы и еще кое-что интересное но без дещевых сенсаций, как америкосы нагородили вокруг Теслы - чисто пиндосовский стиль, в Европе такой фантастики вокруг ученых меньше