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