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.

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 promatrao izmjenjuje toplinu). U nepovratnim (ireverzibilnim) procesima entropija uvijek raste.

Stvarni procesi u prirodi su uvijek irverzibilni, 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".