Il concetto d’entropia

8 ottobre 2015 di Dino Licci

Cos’è l’entropia? Cercherò di parlarne in modo semplice ed accessibile a tutti e lo farò partendo da semplici esempi:

1)Se mettiamo in contatto un corpo caldo con uno freddo, ci accorgeremo che, dopo un certo tempo, i due corpi avranno la stessa temperatura. Pensate alla borsa d’acqua calda che si raffredda mano a mano che cede calore al nostro corpo.

2) Se apriamo una boccetta contenente profumo e dimentichiamo di chiuderla, dopo un certo tempo, il profumo avrà invaso tutta la stanza e l’esperienza c’insegna che non è assolutamente possibile far rientrare il profumo nella boccetta, come non sarà stato possibile, una volta che la borsa d’acqua calda si sia raffreddata, ridonarle il calore che abbiamo incamerato durante il suo raffreddamento. Cerchiamo di vedere che cosa è successo in ognuno dei due casi che ci serviranno a spiegare appunto cos’è l’entropia.

Nel caso del profumo, sarà successo che le molecole che costituiscono il profumo, non più contenute nella boccetta, si saranno espanse per tutta la stanza, nel secondo non le molecole o gli atomi ma l’energia contenuta nel corpo più caldo, si sarà trasmessa a quello più freddo. In pratica quando il corpo è più caldo, gli atomi che lo costituiscono si muoveranno molto più velocemente di quelli del corpo più freddo ma, venendo in contatto con gli atomi più freddi, li urteranno facendo così aumentare la loro velocità a scapito della propria finché i movimenti e quindi le temperature dei due corpi non si saranno bilanciate. Notate che in tutti e due i casi i sistemi tenderanno a diventare più disordinati. Infatti, nel caso del profumo, esso non sarà più contenuto ordinatamente in una boccetta, ma occuperà tutto lo spazio a sua disposizione e, nel caso del corpo caldo, sarà l’energia contenuta in esso a trasferirsi disordinatamente nei corpi più freddi.

Da notare ancora che questi due fenomeni sono avvenuti in perfetto accordo col “Primo principio della termodinamica” il quale c’insegna che la temperatura finale rimane invariata essendoci stato solo un trasferimento di energia da un corpo all’altro anche nel caso del profumo che, espandendosi, avrà urtato con le sue molecole quelle dell’aria uniformandone la velocità.

Se si verificasse il processo inverso e cioè se fosse possibile che il profumo rientrasse nella boccetta e il calore nella borsa d’acqua calda, il primo principio della termodinamica sarebbe comunque salvo perché si tratterebbe ancora del trasferimento della STESSA energia, ma l’esperienza ci dimostra che questo non è possibile. Allora dobbiamo chiedercene il perché ma, prima di andare avanti, dobbiamo ricordarci che la Scienza esplora i fenomeni della Natura cercando di spiegare come e non perché essi avvengono.

In questo caso abbiamo visto che è possibile passare da un sistema ordinato ad uno disordinato e non viceversa e vi sarà facile capire che il maggiore disordine che si è ottenuto è irreversibile. Questo è proprio il concetto di entropia che si può definire come la misura del disordine presente in un sistema fisico, incluso, come caso limite, il disordine dell’intero Universo. Questo ci fa ipotizzare che il mondo viaggia verso un costante e continuo aumento dell’entropia, verso il disordine universale. Le leggi che regolano questo fenomeno che si potrebbe definire la “freccia del tempo” sono racchiuse nel “Secondo principio della termodinamica”che, semplificando al massimo, potremmo sintetizzare in questo assioma: “È impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di trasferire calore da un corpo più freddo a uno più caldo”

Faccio un altro esempio per chiarire il concetto: quando mettiamo del cibo caldo in frigorifero, esso si raffredda, il che potrebbe indurci a pensare che ci sia stato un trasferimento dal corpo più freddo al più caldo che in effetti si raffredda, ma non abbiamo considerato che, se siamo riusciti a diminuire il disordine nel moto degli atomi che compongono il corpo caldo ( l’oggetto posto nel frigorifero), nel contempo abbiamo aumentato quello delle molecole dell’aria nella cucina e questo aumento è ben superiore alla diminuzione all’interno del frigorifero in conformità col secondo principio della termodinamica.