엔트로피

열역학 제1법칙은 시스템의 내부 에너지, 시스템에서 교환되는 열, 시스템에 수행되는 작업과 관련된 방정식을 통해 정량적으로 공식화됩니다. 열역학 제2법칙을 정량적으로 공식화하면 상태 함수인 엔트로피를 정의할 수 있습니다.

이상기체가 등온적으로 팽창하면 기체의 무질서가 증가합니다. 분자 관점에서 볼 때 기체 분자는 이동할 수 있는 부피가 더 큽니다.

가역적인 등온 과정인 팽창의 극소 단계를 생각해 보세요. 이상기체 부피의 증가율은 주변으로부터 받는 열의 양에 정비례하고, 팽창하는 온도에 반비례한다는 것을 알 수 있습니다. 이 관찰은 엔트로피 변화의 정량적 정의에 동기를 부여합니다.

엔트로피의 미소한 변화는 전달된 미소한 열을 열이 전달되는 온도로 나눈 값으로 정의됩니다. 정의는 가역 과정에만 유효합니다. 엔트로피의 단위는 켈빈당 줄입니다.

미미한 엔트로피 변화를 적분하면 가역 과정에 대해 유한한 엔트로피 변화가 얻어집니다. 엔트로피의 변화만 중요하므로 임의의 상수를 추가할 수 있습니다.

예를 들어, 가역적 등온 팽창을 겪는 이상기체의 엔트로피는 증가합니다. 열역학 제1법칙에 나타나는 계의 내부에너지와 마찬가지로 엔트로피도 상태함수임을 알 수 있다. 열역학 제2법칙은 엔트로피를 통한 무질서의 정량적 정의를 통해 다시 설명할 수 있습니다.