Какво е ентропия?

В средата на миналия век немският учен Клаузиус формулира втория принцип на термодинамиката (първият е за съхранението на енергията), който опростено звучи така:

Топлината винаги се предава от по-горещото тяло към по-студеното и никога обратно.
Като мярка за необратимото разсейване на енергията Клаузиус въвел термина ентропия (от гр. „ен“ – в, вътре и „тропе“ – превръщане).

Ентропията е функция на състоянието на системата, тоест на всяко състояние може да се съпостави напълно определено значение на ентропията.

За обратими (равновесни) процеси например изменението й се изразява така:

S =Qmin /T , където

Qmin е минималната топлина, поддържаща системата в обратим изотермичен процес, а Т е абсолютната температура на процеса.

Изменението на ентропията при различните процеси в системите е:

в самопроизволни процеси S> Qmin /T
в равновесни процеси S = Qmin /T
в несамопроизволни процеси S < Qmin /T
За изолираните системи, в които dQ = 0:

в самопроизволни процеси S> 0
в равновесни процеси S = 0
в несамопроизволни процеси S < 0
Ентропията е мярка за случайността или безпорядъка в една физична система. Тя изразява броя на възможните конфигурации или подреждания на съставните елементи на системата, при които нейният общ изглед, т.е. форма и физични характеристики, не се променя.

Втория принцип на термодинамиката може да се формулира и така:

При самопроизволни процеси в системи, имащи постоянна енергия, ентропията винаги нараства.

Физическият смисъл на нарастването на ентропията се свежда до това, че състоящата се от множество частици изолирана (с постоянна енергия) система се стреми да мине в състояние с най-малка подреденост на движението на частиците. Това е и най-простото състояние на системата или термодинамично равновесие, при което движението на частиците е хаотично. Необратимата посока на процесите на преобразуване на енергията в изолираните системи рано или късно води до превръщането на всички видове енергия в топлинна. Тя ще се разсее и равномерно ще се разпредели между всички елементи на системата. Максималната ентропия означава пълно термодинамично равновесие, престават всякакви непроизволни премествания на атоми и молекули, прекратява енергообмен както между отделните части на системата, така и с окръжаващата среда – настъпва статистически или термодинамичен хаос.