エントロピーとは何ですか? また、どのように計算されますか?

エントロピーは、システムの組織化の程度を測定する熱力学的パラメーターです。熱力学は、熱伝達が他の形態のエネルギーに変換される巨視的なプロセスと、仕事がどのように生成されるかを研究します。記号Sで表されるエントロピーは、平衡状態にある熱力学的マクロ状態と互換性のあるミクロ状態を測定します。エントロピーという用語はギリシャ語に由来し、変換を意味します。その値はエネルギー移動の過程で大きくなり、エントロピーは熱力学系の不可逆性を表すと言われています。

温度変化のない等温過程では、平衡状態にある 2 つの熱力学的状態間のエントロピーの変化 D S = S ₂ – S ₁は、両方の状態間の熱の変化 D Q = Q ₂ –に等しくなります。 Q ₁を絶対温度Tで割った値。

D S = D Q/T

エントロピーの概念は、1850 年代にルドルフ クラウジウスが熱力学的プロセスで熱エネルギーの変換でエネルギーが常に失われる理由を説明しようとしたときに思いつきました。クラウジウスは熱力学系の概念を確立し、不可逆的なプロセスでは一定量のエネルギーが消費されると仮定しました。その後、1890 年から 1900 年にかけて、ルードウィング・ボルツマンは他の物理学者と共に、現在統計物理学として知られているものを開発し、次の方程式を使用してシステムの可能な微小状態と関連付けることでエントロピーを再定義しました。

S = kB _ln ( W )

W は、システムの可能なマイクロステートの数を表します。その自然対数にボルツマン定数 kB を掛けると、熱力学系のエントロピーSの値が_{得られます。}ボルツマン定数の値は 1.38065 × 10 ⁻²³ J/K です。

前の式は、熱力学系の 2 つの平衡状態間のエントロピーの変化を表しており、系のエントロピーの値を定義していませんでした。代わりに、この式は熱力学系のエントロピーに絶対値を割り当てます。解釈は必ずしも明確ではありませんが、エントロピーは熱力学的マクロシステムのマイクロコンポーネントの無秩序を測定すると言えます。次に、その障害または動揺はシステムの温度に関連しています。

熱力学は次の 4 つの原則に基づいています。

• ゼロの原理は、2 つのシステムが 3 番目のシステムと熱平衡にある場合、それらは互いに熱平衡にあると述べています。
• 最初の原則によれば、閉じたシステムは仕事と熱の形で周囲とエネルギーを交換し、内部エネルギーの形でエネルギーを蓄積することができます。
• 第 2 法則は、宇宙のエントロピーは常に増加する傾向があると仮定しています。クラウジウスが表明した別の仮説では、低温の物体から高温の​​別の物体への熱の移動のみが結果となるプロセスは不可能であることが確立されています。
• 最後に、熱力学の第 3 法則は、Walther Nernst が仮定したように、絶対零度には到達できない (ケルビンまたはランキン スケールでは 0) と述べています。

ソース

• Brissaud JBエントロピーの意味。エントロピー、7(1)、68-96、2005。
• Cuesta, JA Entropy は注文の作成者です。スペイン物理学ジャーナル、20(4) 13-19、2006 年。