Entropia

A primeira lei da termodinâmica é formulada quantitativamente através de uma equação que relaciona a energia interna de um sistema, o calor trocado por ele e o trabalho realizado sobre ele. Uma formulação quantitativa da segunda lei da termodinâmica leva à definição de uma função de estado, a entropia.

Quando um gás ideal se expande isotermicamente, a desordem no gás aumenta. Do ponto de vista molecular, as moléculas do gás têm mais volume para se movimentar.

Considere um passo infinitesimal na expansão, que é um processo reversível e isotérmico. Pode ser demonstrado que o aumento percentual no volume do gás ideal é diretamente proporcional à quantidade de calor recebida de seus arredores e inversamente proporcional à temperatura na qual se expande. Essa observação motiva a definição quantitativa da mudança de entropia.

A mudança infinitesimal na entropia é definida pelo calor infinitesimal transferido dividido pela temperatura na qual ele é transferido. A definição é válida apenas para processos reversíveis. A entropia possui a unidade de joule por kelvin.

Quando a mudança infinitesimal na entropia é integrada, obtém-se uma mudança finita na entropia para um processo reversível. Uma constante arbitrária pode ser adicionada porque apenas a mudança na entropia é importante.

Por exemplo, a entropia de um gás ideal passando por uma expansão reversível e isotérmica aumenta. Pode ser demonstrado que, assim como a energia interna de um sistema, que aparece na primeira lei da termodinâmica, a entropia também é uma função de estado. A segunda lei da termodinâmica pode ser reformulada com a ajuda da definição quantitativa de desordem através da entropia.