Entropija

Entropija (S) je u termodinamici funkcija stanja sustava, koju je uveo 1865 Rudolf Clausius, a definirana je izrazom:

$dS = \frac {dQ}{T}$

Ovdje je $dQ$ toplina razmijenjena u reverzibilnom procesu kojim sustav prelazi iz jednog stanja u drugo, a $T$ apsolutna temperatura.

Pojam entropija se također koristi u informatici gdje opisuje količinu informacije.

Termodinamička veličina koja opisuje stupanj nereda zove se entropija i označava se slovom S. Entropija je, kao i entalpija, funkcija stanja, što znači da ovisi samo o konačnom i početnom stanju sustava, a može imati pozitivnu i negativnu vrijednost.
Dio kemije koji se bavi proučavanjem toplinskih promjena u kemijskim reakcijama zove se termokemija.

Tvar	S°m/J mol-1 K-1
CaCO3(S)	92,9
CaO(S)	39,8
CO2(g)	213,6
N2(g)	191,6
H2(g)	130,7
NH3(g)	192,5

Bez obzira na temperaturu i količinu topline, u povratnim (reverzibilnim) procesima u termodinamici, ukupna entropija svih djelova sustava ostaje nepromijenjena (uključujući tu i spremnik topline sa kojim sustav koji promatramo izmjenjuje toplinu). U nepovratnim (ireverzibilnim) procesima entropija uvijek raste.

Stvarni procesi u prirodi su uvijek ireverzibilni, tj. kod njih entropija uvijek raste. Entropija je specifična u odnosu na ostale fizikalne veličine po tome što možemo reći da entropija određuje smjer (ili strijelu) vremena u makroskopskom svijetu. Stvarni smjer vremena (uobičajeni smjer, vrijeme ide prema "naprijed") je onaj u kojem se entropija makroskopskih sistema povećava ili ostaje ista.

Osobita je važnost pojma entropije u formulaciji i razumijevanju drugog zakona termodinamike.

Osim termodinamičke definicije entropije, u okviru statističke mehanike, Ludwig Boltzmann uveo je entropiju kao logaritam od ukupnog broja mikroskopskih stanja koja vode do istog makroskopskog stanja nekog sustava:

$S = - k \sum_i p_i \log p_i,\,$

Ovdje je $p_i$ vjerojatnost da odabrano mikroskopsko stanje i tvori određeno makroskopsko ravnotežno stanje.

Ako su u jednom ravnotežnom makroskopskom stanju sva mikroskopska stanja jednako vjerojatna, vrijedi:

$S = k_B \ln \Omega \!$

Ovdje je $k_B$ Boltzmannova konstanta, dok je $\Omega\!$ jednak broju svih mogućih mikroskopskih stanja koja su u skladu, tj. mogu tvoriti jedno određeno makroskopsko stanje sustava.

Ponekad se u popularnoj literaturi entropija naziva "nered u sustavu", "mjera nereda" i slično, što je neprecizna formulacija, koju treba izbjegavati. Prirodni zakoni nemaju ljudski osjećaj za "red" ili "nered".