熵與熱力學第二定律
熵
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把一副全新的撲克牌洗一洗,它絕不會自己又回到花色和數字都整整齊齊的排列。把一塊方糖丟進茶裡,它會溶解、散開,可溶掉的糖永遠不會自己重新聚成一塊方糖。熵就是解釋這一切的「帳本」:它是一個數,量度一個系統裡能量和排列方式有多分散。在外表看起來不變的前提下,裡頭的小零件能被打亂的方式越多,熵就越高。
更確切地說,熵是系統的一個狀態函數(符號 S),通常以焦耳每開爾文(J/K)為單位。當在溫度 T 下緩慢、溫和地往系統加入一小份熱量時,熵的增加量等於這份熱量除以 T。同樣多的熱量,加到冷物體上比加到熱物體上能使熵增加得更多——這正是熱量為什麼總是從熱流向冷、而不是反過來的深層原因。
它為什麼重要:熵是自發變化的指南針。自然並不只是一味地讓能量最小化,它傾向於走向那些能以最多方式實現的排列。但要小心一個常見的誤解——熵並不真的等於「凌亂」,也不是每個自發過程看上去都很無序。誠實的定義講的是數微觀可能性、追蹤熱流,而不是房間看起來整不整齊。
在 0 °C 下把一摩爾冰熔化成水,約吸收 6.0 kJ 的熱量。除以溫度(273 K),得到熵增大約 22 J/K:晶體中排列僵硬的分子獲得了彼此滑動的自由,而這個數所計量的,正是這份自由。
在某溫度下吸收的熱量,除以該溫度,就得到熵變。
和能量只能測出變化不同,熵有一個絕對零點(絕對零度下的完美晶體熵為零)。因此每種物質都有一個列在表裡的「標準摩爾熵」,可以直接查到。
又稱
另見