엔트로피란 무엇인가
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엔트로피의 정의
열역학·통계역학 분야의 용어. 열 현상 등 열역학적 현상의 비가역성(非可逆性)을 수량적으로 나타내기 위해 도입된 상태량의 하나로, 분자의 열운동 등 입자의 미시적(微視的;microscopic)인 운동 상태의 무질서한 정도(disorder)를 나타내는 양.
엔트로피의 단위
열역학·통계역학에서의 엔트로피는 물체에서의 열량을 절대온도로 나눈 값이므로, 열량 단위를 절대온도로 나눈 것이 엔트로피의 단위가 된다. 열량을 1cal, 온도를 1K로 하는 엔트로피의 CGS단위를 ＜클라우지우스(clausius;기호 cal/K)＞라고 하는데, 이 명칭은 독일의 물리학자 R.J.E. 클라우지우스의 이름에서 유래한 것이다. 또 열량을 1J, 온도를 1K로 하는 엔트로피의 단위를 ＜오네스(onnes;기호 J/K)＞라 하는데, 이 명칭은 네덜란드의 물리학자 H.K. 오네스의 이름에서 유래한 것이다. 오네스는 1932년 부에노스아이레스에서 열린 국제냉동회의에서 결정된 명칭이며, 67년 국제단위계(SI)에 속하게 되었다. 한편, 물질의 1mol당 엔트로피를 나타내는 단위로서 기체상수 R=1.986cal·deg·mol=8.314J·K·mol을 채택하는 경우가 있는데, 이를 ＜엔트로피단위(entropy unit;기호 EU)＞라 한다. 엔트로피단위는 엔트로피의 단위로서 사용상 편리한 점도 있으나, 현재는 권장되지 않는 단위이다.
엔트로피 법칙의 발견
19세기의 에너지 문제는 열과 일의 합이 보존되어야 한다는 줄의 결론을 받아들이면 열의 칼로릭 이론을 포기해야 한다는 문제에 부딪혀 있었다. 1850년 클라우지우스라는 과학자는 그럼에도 불구하고 카르노의 원리는 그대로 유지되어 열기관의 열효율이 두 온도에만 관계한다는 것을 증명하였다. 만약 그렇지 않다면 열은 다른 아무런 변화 없이 낮은 온도에서 높은 온도로 흐를 수도 있으며, 이것이 불가능하기 때문에 카르노의 원리가 증명된 것이다. 이듬해에 톰슨도 카르노의 원리를 증명했는데, 그는 그 증명을 다른 아무런 변화 없이 주위로부터 열을 흡수하는 일을 하는 것이 불가능함에 바탕 했다. 이런 증명들에서 클라우지우스와 톰슨이 사용한 경험적 사실들, 또는 사실들의 경험적 불가능성이 바로 열역학 제 2 법칙의 내용이었다. 열은 높은 온도에서 낮은 온도로 흐를 수는 있지만 낮은 온도로부터 높은 온도로는 저절로 흐르지 않으며, 일은 열로 바뀔 수가 있지만 열은 일로 바뀔 수가 없다는 것이다. 클라우지우스는 1850년 이후 오랫동안 열역학 제 2 법칙의 더 일반적이고 완전한, 그리고 수학적으로 정리된 표현을 얻어내려고 노력했다.'엔트로피'라는 개념은 그 후 15년에 걸친 이 같은 클라우지우스의 노력의 결과로 얻어졌다. 클라우지우스는 한 가지 방향으로만 변화하는 물리적 양을 수학적으로 정의하
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