Co to jest entropia?
Entropia jest jednym z najważniejszych pojęć w fizyce czy chemii. Sięgając po definicję do słownika, można natknąć się na dość niemiły opis:
"Entropia jest miarą nieuporządkowania systemu."
"Entropia jest termodynamiczną funkcją stanu, określającą kierunek przebiegu procesów spontanicznych w odosobnionym układzie termodynamicznym."
Nawet studenci mają czasem problem z intuicyjnym zrozumieniem tego pojęcia i nie potrafią go dobrze opisać. Jednak nie taki diabeł straszny, jak go malują. Intuicyjnie można w prosty sposób wyobrazić sobie, czym jest entropia i jak jest ona opisywana przez drugą zasadę termodynamiki.
Wyobraźmy sobie zamek złożony z 280 kart do gry w pokera. Posiada on cztery wieże, każda złożona z 50 kart, oraz cztery mury łączące je, każdy złożony z 20 kart. Przypiszmy teraz temu zamkowi pewną liczbę S, która określa, ile kart nie jest na swoim miejscu. Początkowo, od razu po wybudowaniu, nasza liczba jest równa zeru S = 0, ponieważ każda karta jest na swoim miejscu. Gdy przez przypadek (bądź specjalnie) niszczymy jedną z wież, nasza liczba będzie wynosiła S = 50. Gdyż właśnie z tylu kart była ta wieża zbudowana i tyle kart zmieniło swoje miejsce, rozsypując się po pokoju. Jeżeli następnie zburzymy jeden z murów, to nasza liczba będzie wynosiła S = 50 + 40 = 90, gdyż zarówno karty z jednego muru, jak i z jednej wieży są teraz w rozsypce.
Właśnie tutaj widzimy definicję mówiącą o nieuporządkowaniu. Im więcej zniszczymy z zamku, tym większa będzie nasza liczba S (entropia). Można również zauważyć inną ważną rzecz. Prościej jest coś zniszczyć, niż wybudować. Zniszczenie jednej wieży, a więc i zwiększenie entropii, jest banalnie proste i nic nie kosztuje. Za to odbudowa jej, a zatem zmniejszenie entropii (poprzez dobre uporządkowanie kart), jest trudniejsze i wymaga trochę pracy. Tutaj ukazuje nam się druga zasada termodynamiki, mówiąca, że entropia układu może samoczynnie tylko maleć ΔS ≥ 0.