절대 엔트로피와 열역학 제3법칙

엔트로피는 상태 함수 중에서 측정 가능한 절대값을 가지기 때문에 독특합니다.

이 값은 볼츠만 관계를 통해 정의합니다: 절대 엔트로피는 가능한 미시상태 수, 즉 입자 배열의 자연로그에 비례합니다.

가스로 가득 찬 용기가 팽창하면, 부피가 커질수록 에너지 준위가 더 밀접하게 배치되어 같은 온도에서도 채워집니다. 이로 인해 접근 가능한 미시상태의 총 수가 증가하여 시스템의 엔트로피가 증가합니다.

절대 영도에서는 모든 열적 운동이 멈춥니다. 완벽하게 질서 정연한 결정에서는 원자들이 단일하고 독특한 배열로 정렬됩니다. 가능한 미시상태가 하나뿐이기 때문에, 자연 로그는 0이 되어 엔트로피가 0이 됩니다. 이것이 열역학 제3법칙입니다.

하지만 '완벽한 결정'은 이상입니다. 실제로는 잔류 엔트로피가 켈빈 0에서도 지속될 수 있습니다. 이는 분자가 서로 다른 방향으로 '얼어붙는' 경우, 예를 들어 일산화탄소 분자가 무작위 방향을 향하는 것처럼 발생합니다. 이 지속적인 무질서는 엔트로피가 약간 0 위에 머문다는 뜻입니다.