엔트로피

엔트로피 또는 S는 원자, 분자 또는 이온의 배열에서의 무작위성과 같은 열역학 계의 무작위성 또는 무질서를 측정하는 것입니다. 계의 무질서가 클수록 엔트로피는 높아집니다. 엔트로피는 상태 함수이며 따라서 프로세스의 엔트로피 변화를 이동 경로에 관계없이 최종 상태와 초기 상태 간의 차이를 찾아 계산할 수 있습니다.

계의 엔트로피는 볼츠만의 방정식으로 표현될 수 있습니다. 이 방정식에서 S는 볼츠만의 상수 k에 미시 상태 수의 자연 로그 W를 곱한 것입니다. 미시 상태는 활성적으로 동등한 독특한 구성이며 이 구성은 주어진 계의 원자와 분자에 대해 가능합니다.

총 두 단위의 에너지를 가진 두 개의 원자를 포함하는 계를 생각해 보십시오. 이 에너지는 첫 번째 원자에 두 단위 모두, 두 번째 원자에 두 단위 모두, 각 원자에 한 단위의 세 가지 다른 방법으로 두 원자에 분배할 수 있습니다. 따라서 이 계는 모두 에너지적으로 동일한 세 개의 잠재적 미시 상태를 가집니다.

이 상태는 엔트로피가 분자의 원자 수와 분자량에 비례하여 증가한다는 원리를 따릅니다. 예를 들어 표준 조건인 섭씨25 도와 1 기압에서는 황산 1 몰의 엔트로피가 물 1 몰의 엔트로피보다 큽니다. 또한 복잡성이 증가하면 가능한 미시 상태 상태의 수가 많아지기 때문에 혼합물의 엔트로피는 순수 성분의 엔트로피보다 큽니다.

계의 엔트로피는 또한 온도에 따라 증가합니다. 온도가 증가함에 따라 운동 에너지도 증가하며 따라서 가능한 미시 상태의 수도 증가됩니다. 물질의 물리적 상태는 물질의 상대적 엔트로피를 나타내는 지표입니다.

주어진 고체의 엔트로피는 항상 같은 물질의 액체 형태보다 작으며 액체 형태의 엔트로피는 항상 기체 상태의 엔트로피보다 작습니다. 기체의 분자들은 서로 멀리 떨어져 있고 액체나 고체의 분자에 비해 더 많은 가능한 미시 상태를 가지고 있습니다. 다른 한편 고체는 훨씬 더 빨리 구성되는 미시 상태가 적기 때문에 엔트로피가 더 낮아집니다.