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엔트로피와 그 예
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(1) 엔트로피의 정의
엔트로피란 물질계의 열적 상태를 나타내는 물리량의 하나이다. 온도나 압력처럼 엔트로피도 양적으로 나타낼 수 있어서 엔트로피가 크다, 또는 작다 라는 표현을 쓰기도 한다. 무질서한 정도, 계를 구성하는 입자가 정렬할 수 있는 방법의 수로 정의한다. 즉, 얼마나 질서가 없는가, 또는 얼마나 예측 불가능한가를 나타낸다. 일반적으로 현상이 비가역 과정인 자연적 과정을 따르게 될 때에는 이 양은 증가하고 자연적 과정에 역행할 때에는 감소하는 성질이 있다. 즉 자연현상의 변화가 자연적 방향을 따라 발생하는가를 나타내는 척도로 다루어진다.
대부분 자연현상의 변화는 어떤 일정한 방향으로만 진행한다. 즉, 자연현상의 변화는 물질계의 엔트로피가 증가하는 방향으로 진행한다. 이것을 엔트로피 증가의 법칙이라고 한다.
엔트로피의 증가법칙으로 온도차가 있는 두개의 물건 접촉을 예시로 들 수 있다. 열이 높은 물체에서 온도가 낮은 물체로 열이 이동하면 온도가 낮은 물체가 저온에서 고온으로 상승되므로 엔트로피는 이 변화를 통하여 증가한다.
역으로 저온에서 고온으로 열이 이동하는 자연현상에 역행하는 과정, 예를 들면 냉동기의 저온부에서 열을 빼앗아 고온부로 방출하는 과정에서 국부적으로 엔트로피가 감소하지만, 여기에는 냉동기를 작동시키는 모터 내에서 전류가 열로 바뀐다는 자연적 과정이 필연적으로 동반하므로 전체로서는 엔트로피가 증가한다.
이 이론은 자연현상이 일어나는 방향을 정하는 것으로서, 에너지보존법칙과 함께 열역학의 기본법칙으로서 중요하다. 이상기체에서 엔트로피가 증가하지 않는 것은 가역변화라고 하는 비현실적인 변화를 가정하고 있기 때문이다.
엔트로피를 통계학적 입장에서 보면 열역학적인 확률을 나타내는 양이다. 엔트로피 증가의 원리는 분자운동이 확률이 적은 질서 있는 상태로부터 확률이 큰 무질서한 상태로 이동해 가는 자연현상이다.
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2012.02.29
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