Entropie

Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik wird die Arbeit in Wärme umgewandelt, und eine vollständige Umkehrung ist selbst für ein ideales Gas, das reversible Prozesse durchläuft, unmöglich. Natürliche Prozesse sind also gerichtet.

Beim Carnot-Motor, der aus reversiblen Prozessen besteht, ist das Verhältnis der ausgetauschten Wärme und der Temperatur der Wärmespeicher konstant. Dieses Verhältnis ist definiert als die Änderung einer neuen physikalischen Größe, der Entropie, die durch das Symbol S dargestellt wird.

Wenn ein reversibler Prozess nicht isotherm ist, kann er als viele infinitesimale isotherme Prozesse bei unterschiedlichen Temperaturen betrachtet werden. Dann ist die Entropieänderung die Summe des Verhältnisses delta-Q x T in jedem Schritt. Da sich der Grenzwert von delta-Q Null nähert, wird die Entropieänderung durch ein Integral gegeben.

Bei höheren Temperaturen sind die Bestandteile jeder Substanz in einer höheren Unordnung. Wenn eine kalte Substanz Wärme absorbiert, werden ihre Bestandteile ungeordneter. Bei einer heißen Substanz ist die Änderung der Zufälligkeit ihrer Bestandteile gering. Die Entropieänderung quantifiziert also die Zunahme der Unordnung eines Systems.