Entrópia

Mikroállapot és makroállapot

Az entrópia állapotfüggvény, amely a rendszer energiájának mikroszkopikus eloszlási lehetőségeivel kapcsolatos. Nem egyszerűen „rendetlenség”: pontos termodinamikai jelentése szerint reverzibilis hőközlésnél dS=δq_rev/T, statisztikus leírásban pedig a lehetséges mikroállapotok számához kötődik.

Egy makroállapotot nyomás, térfogat, hőmérséklet és összetétel jellemezhet, miközben ugyanaz a makroállapot rengeteg különböző részecskeelrendezéssel és energiaeloszlással valósulhat meg. Boltzmann összefüggése S=k_B lnΩ szerint nagyobb számú hozzáférhető mikroállapot nagyobb entrópiához kapcsolódik.

Ha egy ideális gáz nagyobb térfogatot kap, több helyzet áll rendelkezésre a részecskék számára. Izoterm szabad táguláskor a gáz entrópiája nő még akkor is, ha a rendszer belső energiája ideális esetben nem változik. A növekedés annak következménye, hogy a részecskék számára több mikroállapot válik elérhetővé.

Ugyanaz a kis hőmennyiség alacsonyabb hőmérsékleten nagyobb entrópiaváltozást eredményezhet, mert dS=δq_rev/T. Ez segít megérteni, miért különleges szerepű az abszolút hőmérséklet. A képletben T kelvinben szerepel; Celsius-fok közvetlen használata termodinamikai hányadosban hibás.

Izolált rendszerben a teljes entrópia spontán folyamat során nem csökken: ΔS_univ≥0. A rendszer entrópiája önmagában csökkenhet, ha a környezeté ennél nagyobb mértékben nő. Kristályosodáskor például az anyag rendezettebb fázisba kerülhet, miközben felszabaduló hő növeli a környezet entrópiáját.