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エントロピー

辞書:科学用語の基礎知識 物理学編 (NPHYS)
読み:エントロピー
外語:entropy 英語 , εντροπη ギリシャ語
発音:éntrəpi 英語
品詞:名詞
2006/06/29 更新

物質または場からなる系の状態量の一つで、熱力学的系が温度Tの熱源から熱量ΔQを吸収する可逆な微小変化において、ΔS=ΔQ/Tとおいた場合の状態量Sのこと。示量変数。

エントロピーという言葉はギリシャ語のεν=in、τρεπειν=turningにちなみ、1865(慶応元)年にRudolf Julius Emmanuel Clausius(ルドルフ・クラウジウス)が導入したものである。

エントロピーは主に次のような性質を持つ。

熱力学

エントロピーは系の熱力学的状態だけに依存する状態量であるので、ある状態Aから別のある状態Bへの可逆変化の経路に沿ってΔQ/Tを積分したものは、その経路に無関係に状態A,B各々におけるエントロピーの差に等しい。

熱力学におけるエントロピーの定義
熱力学におけるエントロピーの定義

示量変数

上と同じ理由により、系Aと系Bの合成系の系Cにおけるエントロピーは系A,B各々のエントロピーの合計である(示量変数)。

熱力学第二法則

閉じた系が勝手に起こす変化ではエントロピーは常に増大する(エントロピー増大の法則=熱力学第二法則)。

絶対零度

絶対零度におけるエントロピーは0である。

しかし、絶対零度を作り出せないので、エントロピーの絶対量も測れない。

統計力学

エントロピーは元来は熱力学における言葉であったが、ボルツマンによって、統計力学にも導入された。

統計力学においては、エントロピーは状態数Wの対数をとったものに比例するが、熱力学におけるエントロピーとあわせるために比例定数としてボルツマン定数kbを使用する。

統計力学におけるエントロピーの定義は

S=kb·log W

情報エントロピー

エントロピーは情報量を表わすことにも使われ、これを特に情報エントロピーと呼ぶ。

マクスウェルの悪魔のパラドックスは、悪魔の持つ情報エントロピーが負であるということによって説明できる。

情報エントロピーの定義は

H=-ΣP(i)log2

P(i)=- Σ P(j)Pj(i)

log2 Pj(i)

環境エントロピー

現在では、さらに環境エントロピーというものも現われており、様々な分野で使われるようになって来ている。

なお、エントロピーの次元はML2T−2θ−1である。

用いる単位は使用する単位系によって異なり、国際単位系だとJ·k−1である。

それ以外にもボルツマン定数kbや、気体定数Rでもってエントロピーの単位とするという考えが存在し、情報エントロピーだとビットを使用することもある。

関連する用語
情報エントロピー
熱力学第二法則

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