エントロピーとは何ですか？

エントロピーは、分子レベルでシステムがより高い組織の状態から最も低い組織の状態に移行する傾向を表します。 日々の生活の中で、コーヒーに砂糖を注いだり、グラスに入れた氷を溶かすたびにエントロピーがどのように機能するかを直感的に理解できます。 エントロピーは、物質が広がる空間、固体から液体、気体への相変化、またはその位置に影響を与える可能性があります。 物理学では、エントロピーは、熱力学の第二法則に関連する、より大きなポテンシャルエネルギーからより小さなポテンシャルエネルギーへの変化の数学的測定です。

エントロピーは、「変換」を意味するギリシャ語に由来します。 この定義は、物事が理由なく変容しているように見える理由を洞察します。 システムは、エネルギーが追加される限り、分子レベルでのみ組織を維持できます。 たとえば、火の上に鍋をかざすと水が沸騰します。 運動エネルギーの一種である熱を加えて、水中の分子を高速化します。 熱源を取り除けば、水はだいたい室温まで徐々に冷えると思います。 これは、水分子は蓄積されたポテンシャルエネルギーを使い果たし、熱を放出し、最終的には低いポテンシャルエネルギーになる傾向があるためです。

エントロピーに関与する変換は温度だけではありません。 変化は常に、不均衡から均衡への移行を伴い、次数の減少への移行と一致します。 たとえば、分子は常に広がり、容器を均一に満たします。 透明なコップ一杯の水に食用色素を滴下すると、攪拌しなくても、滴の統一された濃度が徐々に広がり、水のすべての部分が同じ色の密度になるまで続きます。

熱の目に見えない動きとは対照的に、目に見える動きに関係する別のタイプのエントロピーには重力が関係します。 腕やボールなどのシステムにエネルギーを投入しない限り、物体を持ち上げて地面に向かって落下します。 高い位置には、より高い位置エネルギーがあります。 オブジェクトが落ちると、運動の運動エネルギーに変換されます。 オブジェクトは、床に寄りかかるなど、常に可能な限り低いポテンシャルエネルギーの位置になります。

より専門的な用語では、エントロピーは、システムが最低のポテンシャルエネルギーに落ち着いたときにシステムで放出されるエネルギーの量を測定する特定の値です。 エントロピーは、熱の変化として理解される障害の量を、以前の時点から後の時点まで評価します。 これは、エネルギーが出入りしない「閉じた」システムで発生する必要があります。 理論的には測定できますが、実際には完全に閉じたシナリオを作成することは非常に困難です。 上記の食品着色の例では、食品着色溶液の一部が蒸発している可能性があり、溶質の均一な分布とは別のプロセスです。