エントロピーと熱力学第二法則

熱力学の第二法則は、物理量であるエントロピーによって表すことができます。それは、不可逆的なプロセスでは、宇宙はより無秩序になると述べています。

不可

逆的なプロセスである断熱的な自由膨張を受ける「n」モルの理想的な気体を考えてみましょう。エントロピーは状態関数であるため、このプロセス中のエントロピーの変化は、同じ初期状態と最終状態を持つ可逆的なプロセスを考慮することで計算できます。

この可逆的なプロセスは、等温膨張に近似することができます。

総エントロピー変化は、膨張前後のガスの体積の比率に依存することがわかっています。ここで、「n」はガスの量、Rはガス定数です。

環境はガスと熱を交換しないため、そのエントロピーは一定のままです。したがって、宇宙の総エントロピーは増加しています。

各ガス分子の状態は、その位置と速度によって記述され、ミクロステートを構成します。

ガスの量が多いほど、各分子のこれらの座標の可能性が高くなり、したがって、より無秩序なシステムになります。したがって、エントロピーは無秩序を定量化します。