Энтропия

Первое начало термодинамики говорит нам об энергии системы, свободной от внешних воздействий. Иными словами, речь здесь идет о постоянстве или сохранении энергии изолированной системы, на которую невозможно повлиять извне ни посредством теплоты, ни посредством работы (такую систему мы будем для краткости называть вселенной). Аналогично понятие энтропии, которое мы определим ниже, также относится к изолированной системе – вселенной.

Предположим, вселенная имеет два состояния: например, в одном из них она содержит кусок нагретого металла, а в другом – холодного. Тогда, согласно первому началу термодинамики, второе состояние может быть получено из первого только в том случае, если полная энергия вселенной одинакова в обоих состояниях. Используя второе начало, мы исследуем другой признак системы – энтропию (а не энергию).

Определим энтропию так: если она выше в состоянии В, чем в состоянии А, то состояние В может возникнуть самопроизвольно из состояния А. С другой стороны, если даже энергия системы в состояниях А и В одинакова, но при этом энтропия состояния В меньше энтропии состояния А, то состояние В не может возникнуть самопроизвольно. Чтобы в этом случае произошел переход из состояния А в состояние В, нам придется нарушить изоляцию вселенной с помощью какого-нибудь технического устройства (например, холодильника) и принудить ее перейти из состояния А в состояние В; ценой такого перехода будет изменение состояния нашей большой Вселенной.

Энтропия возрастает при нагревании системы, и это возрастание тем, выше, чем ниже температура системы. Простейшее определение может выглядеть так:

В общенаучном плане энтропия выступает мерой неупорядоченности системы.