Entropy   엔트로피 , 무질서도

1. 엔트로피 (Entropy, S) 이란?

  ㅇ [일반]
     - 무질서(Disorder) 또는 불확실성(Uncertainty)에 대한 량(값)

  ㅇ [통신이론/정보이론]
     - 정보원(Information Source)의 평균 정보량 (평균적 불확실량)

  ㅇ [열역학]  
     - 무질서의 척도
        . 완전한 질서 상태이면, 엔트로피 S = 0

     - 엔트로피는 상태함수 임
        . 경로에 무관


2. [열역학]  엔트로피의 의미

  ㅇ ①  계의 무질서의 정도를 나타내는 양(量)
     - 무질서(disorder)할수록, 무작위성(randomness)이 커질수록, 에너지 상태 분산이 다양해질수록,
       엔트로피가 증가함

     * 한편, 엔트로피 증가에 관한 법칙은, ☞ 열역학 제2법칙 참조

  ㅇ ②  입출입하는 열량의 이용가치를 나타내는 양(量)
     - 열의 입출입에 따라 수반되는 변화를 나타냄

     * 따라서, 거시적 성질(온도,부피,압력 등)이 변화하면, 엔트로피도 변하게 됨


3. [열역학]  엔트로피 변화(증감)의 부호  =>  자발적 과정의 방향과 관련됨

  ㅇ 자발적 과정이 (흡열 과정)으로 일어날 때, 
     - 계 내부에서 엔트로피의 증가가 나타남
     - 계 주위에서 엔트로피의 감소가 나타남
     * 例) 0℃ 이상의 온도에서, 얼음이 자발적으로 녹으며, 흡열 현상이 나타남

  ㅇ 자발적 과정이 (발열 과정)으로 일어날 때,
     - 계 내부에서 엔트로피의 감소가 나타남
     - 계 주위에서 엔트로피의 증가가 나타남
     * 例) 0℃ 이하의 온도에서, 물은 자발적으로 얼으며, 발열 현상이 나타남


4. [열역학]  엔트로피의 정의 : 온도 관점

  ※ 단위 온도 당 열의 입출입으로써 정의함
      

  ㅇ 엔트로피 변화
     - 열을 가하거나 빼았을 때의 엔트로피 변화
         
        . 열적 무질서(thermal disorder)의 증가/감소

     - 등온 팽창,수축할 때의 엔트로피 변화
         
        . 위치 무질서(positional disorder)의 증가/감소

  ※ 자연 현상은, 
     - 높은 온도에서 낮은 온도로 전달되는, 한쪽 방향으로 진행되는 일방성을 갖음


5. [열역학]  엔트로피의 정의 : 확률 관점

  ※ 엔트로피와 확률과의 관계로써 정의함 : 볼츠만 (1877)                 ☞ 볼츠만 분포 참조
     - `분자 수준의 엔트로피`와 `거시적 수준의 열역학적 확률` 사이의 함수 관계를 보임

  ㅇ 어떤 계의 유효한 위치 또는 에너지 준위들의 배열 방법의 수를 나타내는 열역학적 상태함수

  ㅇ 볼츠만 관계식
     - 주어진 열역학적 상태에 대한 엔트로피가,
     - 미시적인 상태의 수(분자들의 배열 방법의 수)의 로그(log)에 비례함을 보임
        .  S = k ln(W)
           .. S : 배열 엔트로피 (Configurational Entropy)
           .. k : 볼츠만 상수
           .. ln : 로그함수
           .. W : 계의 미시적인 상태의 수

  ※ 자연 현상은,
     - 무질서하게 되는 (엔트로피가 증가하는) 방향으로 진행됨
     - 여기서, 엔트로피는 무질서의 척도 임