l'Entropia: legge che la regola e la nuova concezione del Mondo

- La legge dell'entropia è la conseguenza delle prime due leggi della termodinamica:

1a legge: la variazione di energia interna di un sistema è pari alla somma del lavoro e del calore assorbiti dall'esterno. Es. dato un sistema, il valore della sua energia interna tende a conservarsi immutato, una sua eventuale variazione non avviene per creazione di nuova energia o per distruzione di parte dell'energia posseduta, ma per scambio di energia sotto forma di calore o di lavoro con un altro sistema.
La prima legge equivale alla seguente affermazione: ogni sistema possiede un'energia interna che dipende soltanto dallo stato e che può trasformarsi in calore prodotto (o assorbito) e in lavoro fatto (o subito).  In definitiva la 1a legge fissa l'equivalenza fra calore e lavoro e stabilisce che in ogni stadio di una trasformazione l'energia totale si deve conservare, ciò equivale a dichiarare l'impossibilità del "moto perpetuo" nel quale sarebbe possibile produrre lavoro senza consumo di energia. 

2a legge: la trasformazione dell'energia da una forma all'altra avviene in una sola direzione, cioè il processo non è totalmente reversibile. Es. l'esperienza insegna che mentre è possibile trasformare integralmente lavoro in calore, la trasformazione inversa di calore in lavoro è soggetta a limitazioni ben definite: se un lavoro di quantità Q viene trasformato in calore di quantità K, per riottenere la quantità Q di lavoro non è sufficiente la quantità K di calore ma è necessaria una quantità di calore pari a K + K';  l'esperienza insegna pure che il calore passa per conduzione da un corpo A a temperatura più elevata ad un corpo B a temperatura più bassa, non è possibile trovare un dispositivo che faccia passare il calore da B ad A ripristinando alla fine della trasformazione le sue esatte condizioni iniziali (postulato di Clausius).  (da Enc. Europea, voce Termodinamica). 

- La legge dell' ENTROPIA che consegue da queste due leggi dice che ogni volta che l'energia viene  trasformata da uno stato in un altro una parte di essa non è più utilizzabile per eseguire in futuro lavoro di un certo tipo.

- L'ENTROPIA è LA MISURA della quantità di energia che NON E' PIU' POSSIBILE CONVERTIRE IN LAVORO.

- Il termine è stato coniato dal fisico tedesco Rudolf Clausius nel 1868 ma il principio che ne sta alla base era stato riconosciuto quarant'anni prima da un giovane ufficiale dell'esercito francese, Sadi Carnot, che cercava di comprendere i principio di funzionamento di un motore a vapore. Egli scoprì che il motore funzionava perché una parte del sistema era molto fredda e l'altra parte molto calda. in altre parole per poter trasformare energia in lavoro, vi deve essere una differenza nella concentrazione di energia in diverse parti di un sistema. Si ottiene lavoro allorché l'energia si trasferisce da un livello più alto di concentrazione a un livello più basso. Ogni qualvolta l'energia si trasferisce da un livello all'altro resta disponibile una minore quantità di energia per eseguire lavoro in una occasione successiva. Es. l'acqua che da un bacino superiore cade in uno inferiore: quando l'acqua si trova nel bacino superiore è in uno STATO DI ENERGIA DISPONIBILE e rappresenta energia utilizzabile per un lavoro, quando invece si trova nel bacino inferiore è in uno STATO DI ENERGIA NON DISPONIBILE o di ENERGIA VINCOLATA e rappresenta energia non più utilizzabile per un lavoro.

- Un aumento di entropia significa una diminuzione di energia disponibile. Questa energia non disponibile è ciò che generalmente si chiama INQUINAMENTO. Esso è la misura dell'energia non disponibile presente in un sistema, è in sostanza un altro nome dell'ENTROPIA.

- In un sistema chiuso la differenza tra i livelli di energia tende sempre ad annullarsi fino a uno stato di equilibrio. Lo stato di equilibrio è lo stato in cui l'entropia ha raggiunto il massimo, in cui non vi è più energia libera disponibile per eseguire un altro lavoro. Nel mondo l'entropia tende sempre verso un massimo.

- Sulla Terra vi sono due fonti di energia disponibile: a) le risorse terrestri, b) l'energia irradiata dal sole.

a) le risorse terrestri sono di due tipi: 1) quelle rinnovabili in tempi a misura d'uomo, 2) quelle rinnovabili soltanto in tempi geologici che, dal punto di vista dell'uomo, devono essere considerate non rinnovabili. Le risorse terrestri a bassa entropia possono essere classificate in energia e materia.

b) L'energia del sole degrada ogni secondo che passa, ma ai fini umani può ritenersi una fonte illimitata in quanto la sua entropia raggiungerà un massimo molto tempo dopo che le risorse disponibili sulla Terra saranno finite e con esse la vita stessa. Ma se l'energia solare è praticamente illimitata nella quantità totale, è rigorosamente limitata nella velocità e nel modo in cui arriva sulla Terra.

- Entrambe, quindi, le fonti di energia, quella terrestre e quella solare sono limitate.

- Ogni volta che si accende una sigaretta, l'energia disponibile nel mondo diminuisce. Naturalmente è possibile capovolgere il processo entropico in un sistema isolato di tempo e di spazio, ma solo utilizzando altra energia nel processo e quindi aumentando l'entropia totale dell'ambiente.

- Un modo di ridurre l'entropia è il riciclaggio, che sarà essenziale per la sopravvivenza economica del pianeta nel futuro, ma un riciclaggio prossimo al 100% è assolutamente impossibile. Oggi, per es., l'efficienza di riciclaggio dei metalli è in media del 30%, e c'è da considerare pure che per il riciclaggio è necessario utilizzare nuova energia per la raccolta, per il trasporto e la lavorazione dei materiali ciò che aumenta l'entropia totale dell'ambiente.

- Un punto fermo è che sulla Terra l'entropia della materia è in continuo aumento e alla fine raggiungerà un massimo, questo perché la Terra è un sistema chiuso in rapporto all'universo, cioè scambia energia ma non materia con l'ambiente circostante ad eccezione di qualche meteorite occasionale. Il patrimonio fisso di materia terrestre costituito dalla crosta terrestre si sta continuamente dissipando: le montagne sono soggette a disgregazione e il suolo superficiale viene spazzato via ogni secondo. Questo è il motivo per cui a lungo termine le risorse rinnovabili sono in realtà NON RINNOVABILI.

- La vita e la morte di nuovi organismi aumenta l'entropia sulla Terra e questo significa che esiste una quantità sempre minore di materia disponibile per il dispiegarsi della vita in futuro.

- Anche il suolo agricolo, al pari di qualsiasi altra cosa, fa parte del flusso entropico. Esso ha origine dalle formazioni rocciose e dal deposito di sostanze organiche: molta parte di esso finisce dispersa sotto forma di polvere nel vento o come fango trascinato in mare dalle acque. L'entropia del suolo superficiale è un fenomeno ricorrente e assolutamente reale, anche per esaurimento delle sostanze minerali e organiche contenute in esso. E vero che la materia torna in ciclo (prima legge), ma è anche vero che ad ogni passaggio di stato una parte di essa degrada ed esce fuori dal ciclo (seconda legge); il riciclo non raggiunge mai il 100% ma una misura molto minore.

- L'entropia in un sistema isolato è anche passaggio da uno stato ordinato a uno stato disordinato. Lo stato di massima entropia è anche lo stato di maggiore disordine. Questo concorda con l'esperienza quotidiana: le cose lasciate a sé stesse tendono ad andare verso stati sempre più disordinati, per riportare le stesse cose in uno stato di ordine è necessario utilizzare nuova energia. Ciò significa che ogni diminuzione localizzata di entropia dall'uomo o da una macchina è accompagnata da un aumento ancora maggiore di entropia dell'ambiente.

 

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