Qu'est-ce que l'entropie?
Entropie décrit la tendance des systèmes à passer d'un état d'organisation supérieure à un état d'organisation la plus basse au niveau moléculaire. Au quotidien, vous comprenez intuitivement le fonctionnement de l'entropie lorsque vous versez du sucre dans votre café ou que vous faites fondre un glaçon dans un verre. L'entropie peut affecter l'espace dans lequel une substance se propage, sa phase de changement de solide à liquide en gaz ou sa position. En physique, l'entropie est une mesure mathématique du passage d'une énergie potentielle supérieure à une énergie potentielle moindre, liée à la deuxième loi de la thermodynamique.
L'entropie vient d'un mot grec qui signifie "transformation". Cette définition nous permet de comprendre pourquoi les choses se transforment apparemment sans raison. Les systèmes ne peuvent conserver leur organisation qu'au niveau moléculaire tant que de l'énergie est ajoutée. Par exemple, l'eau ne bouillira que si vous tenez une casserole au-dessus des flammes. Vous ajoutez de la chaleur, une forme d'énergie cinétique, pour accélérer les molécules dans l'eau. Si la source de chaleur est retirée, nous pouvons tous deviner que l'eau va progressivement se refroidir pour atteindre la température ambiante. Cela est dû à l'entropie, car les molécules d'eau ont tendance à utiliser leur énergie potentielle accumulée, à libérer de la chaleur et à se retrouver avec une énergie potentielle inférieure.
La température n'est pas la seule transformation impliquée dans l'entropie. Les changements impliquent toujours de passer du déséquilibre à l'équilibre, en cohérence avec le passage à un ordre décroissant. Par exemple, les molécules se dispersent toujours pour remplir uniformément un récipient. Lorsque nous gouttons le colorant alimentaire dans un verre d'eau claire, même si nous ne le remuons pas, cette concentration en une goutte se répandra progressivement jusqu'à ce que chaque partie de l'eau ait la même densité de couleur.
Un autre type d'entropie lié au mouvement visible (par opposition au mouvement invisible de la chaleur) implique la gravité. À moins de mettre de l'énergie dans un système, comme un bras et une balle, en tenant un objet, il tombe vers le sol. Une position élevée a une énergie potentielle plus élevée. Il se convertit en énergie cinétique de mouvement lorsque l'objet tombe. L'objet se termine toujours avec la position d'énergie potentielle la plus basse possible, telle que reposer contre le sol.
En termes plus techniques, l'entropie est une valeur spécifique qui mesure la quantité d'énergie libérée dans un système lorsqu'il se fixe dans l'énergie potentielle la plus basse. L'entropie évalue la quantité de désordre, comprise comme un changement de chaleur, d'un point précédent à un point ultérieur. Cela doit se produire dans un système "fermé", dans lequel aucune fuite d’énergie n’arrive. Théoriquement, cela peut être mesuré, mais dans la pratique, il est très difficile de créer un scénario absolument fermé. Dans l'exemple de colorant alimentaire donné ci-dessus, une partie de la solution de colorant alimentaire pourrait s'évaporer, processus distinct de la distribution uniforme d'un soluté.