Come calcolare il flusso di entropia

Prima di introdurre il processo per come calcolare il flusso di entropia è doveroso introdurre l'argomento partendo dall'esposizione di una delle due principali teorie circa il destino dell'Universo, in modo tale da poter facilitare la comprensione del tema.
Nel corso del diciannovesimo secolo due fisici, von Helmhotz e Clausius introdussero per la prima volta il concetto di morte termica dell'Universo.
Da un punto di vista fisico, l'Universo è un sistema isolato, all'interno del quale avvengono trasformazioni termodinamiche irreversibili. Queste trasformazioni hanno luogo grazie ai cambiamenti di stato di temperatura e di energia, per cui hanno origine grazie a variazioni di calore e di lavoro.
Le trasformazioni termodinamiche sono continue e per il secondo principio della termodinamica l'entropia dell'universo aumenta incessantemente.

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Il calore si propaga nello spazio dalle zone più calde raggiungendo le zone più fredde. Dopo miliardi di anni, tutti gli oggetti all'interno dell'Universo raggiungono la stessa temperatura, ma anche la stessa densità e la stessa distribuzione di pressione.
In uno scenario dove non esistono differenze termiche, non è più possibile esercitare lavoro e quindi, in assenza di energia e calore, tutte le trasformazioni divengono impossibili.

Il valore dell'entropia di un sistema isolato può fornirci delle informazioni importanti circa l'età dello stesso; quando l'entropia raggiunge il suo massimo valore e così uno stato di equilibrio assoluto, tutti i processi chimici, fisici e biologici cessano.

All'interno di un sistema, dati due stati A e B e scelta una qualsiasi trasformazione reversibile che permetta il passaggio dallo stato A a quello B, è possibile definire una nuova grandezza fisica: l'entropia che indicheremo con il simbolo S.

È possibile determinare l'entropia di uno stato C, partendo dalla scelta arbitraria di uno stato di riferimento R, alla quale corrisponde un livello di entropia S (R)= 0 J/K.

L'entropia S (C) di uno stato C è data dalla variazione di entropia tra lo stato R di riferimento e lo stato C stesso; ossia

S (C)=S (C) - 0 = S (C) -S (R)

Generalmente, viene utilizzato come stato di zero dell'entropia quello in cui si trova un cristallo perfetto, costituito da atomi identici e ha una temperatura di 0 gradi Kelvin. Così facendo, l'entropia di qualsiasi altro stato risulterà positiva.

In fisica, più che parlare di entropia in modo assoluto, è bene considerare la variazione di entropia di un sistema fisico, in simboli S (B) - S (A) la quale identifica una funzione di stato.

Per calcolare la variazione di entropia, occorre:

1) scegliere una trasformazione reversibile

2) calcolare la sommatoria di tutti gli addendi dQi/Ti (dove dQi è la variazione di lavoro e Ti la temperatura considerata)
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