エントロピーと熱力学第二法則

熱い物体と冷たい物体が相互作用する孤立不可逆系を考えます。両者は最終的に同じ平衡温度に達します。

ここでは、より熱い物体から冷たい物体へのエネルギー移動が、全体のシステムの無秩序さを増します。

この無秩序度、すなわちランダム性はエントロピー「S」で測定されます。これらのエントロピー計算は可逆的な熱伝達を用いて定義されます。なぜなら、可逆経路はエントロピー変化を求める明確な方法を提供するからです。

無限小のエントロピー変化は、その瞬間の微小エネルギー入力を温度で割ったものに等しい。

温度変化で状態AからBへ可逆に移行した系では、各段階で供給される増分熱を対応温度上で積分することでエントロピー変化を求められます。

しかし、温度が一定の等温可逆過程では、エントロピー変化は交換した熱を絶対温度で割った値に等しい。

重要なのは、宇宙の全エントロピーは実際の不可逆的な過程で常に増加するため、すべての自然的かつ自発的な過程は全体のエントロピーを最大化する傾向があるということです。しかし、可逆過程では一定のままです。