Entroopia

Entroopia on termodünaamikas ja statistilises mehaanikas kasutatav ekstensiivne suurus, mis kirjeldab vaadeldava süsteemi erinevate võimalike juhuslike ümberpaigutuste arvu. Tihti öeldakse, et entroopia mõõdab "korratust". Protsessidele, milles entroopia kasvab, vastavad pöördumatud muutused süsteemis, mis vähendavad süsteemi võimet teha tööd, sest osa energiast on pöördumatult muundunud soojuseks.
Entroopia on üks termodünaamika põhimõistetest. Selle muudab oluliseks termodünaamika teine seadus, mille järgi ei saa isoleeritud süsteemi entroopia kunagi kahaneda. Seega saavad iseeneslikud protsessid isoleeritud süsteemis toimuda vaid entroopia kasvamise suunas. Protsessid, milles entroopia kahaneb, saavad toimuda vaid siis, kui süsteemiga tehakse tööd. Näiteks saab soojus iseeneslikult kanduda vaid soojemalt kehalt külmemale. Et käivitada vastupidine protsess, kus soojus kandub külmemalt kehalt soojemale, tuleb teha tööd. Termodünaamika teise seaduse järgi näitab entroopia protsess ka aja kulgemise suunda.
Definitsioonid.
Statistiline definitsioon.
Statistilises termodünaamikas kasutatakse otseselt mateeria atomistlikku iseloomu. Entroopia defineeritakse järgmise olekute tiheduse funktsioonina:
 formula_1
kus formula_2 on entroopia, formula_3 on Boltzmanni konstant, summeerimine toimub üle kõikide mikroolekute, milles süsteem viibida võib, ja formula_4 on tõenäosused, et süsteem vastavas mikroolekus asub.
Juhul kui süsteemi mikroolekute arv on formula_5 ning kõikide mikroolekute tõenäosused on võrdsed, siis võtab entroopia kuju
 formula_6
Termodünaamikas realiseerub viimane olukord mikrokanoonilises ansamblis.
Termodünaamiline definitsioon.
Klassikalises termodünaamikas on entroopia olekufunktsioon – suurus, mis sõltub vaid süsteemi olekust, sõltumata sellest, kuidas antud olek saavutati. Selle olekufunktsiooni korrutist keskkonna temperatuuriga võib mõista, kui energia hulka, mida ei saa kasutada vaadeldava süsteemi abil termodünaamilise töö tegemiseks. Täpsemalt öeldes: igas protsessis, kus süsteemi poolt tehtav töö on formula_7 ja mille käigus süsteemi entroopia kahaneb formula_8 võrra, tuleb keskkonda anda vähemalt energiahulk formula_9 (formula_10 on keskkonna absoluutne temperatuur). Vastupidisel juhul see protsess toimuda ei saaks. Seega konstantsel temperatuuril toimuva tasakaalulise pööratava protsessi entroopia muut
 formula_11
kus formula_12 tähistab süsteemile ülekantud soojushulka ja formula_13 süsteemi absoluutset temperatuuri. Kui süsteemile soojust juurde antakse, siis on entroopia muut positiivne, kui süsteem soojust ära annab, siis negatiivne. Isoleeritud süsteemis toimuvate mittepööratavate protsesside korral kehtib alati
 formula_14
Kui (1) kirjeldab entroopia ülekandumist keskkonnalt süsteemile, siis (2) kirjeldab süsteemis tekkivat entroopiat. Need valemid võib ühendada:
 formula_15
kus formula_16, kirjeldab süsteemisiseselt tehtud tööd (näiteks sisehõõrdumise poolt tehtud tööd), mis on alati positiivne.
Süsteemi koguentroopia saab leida valemi (1) abil kui entroopia muudu tasakaalulises protsessis, milles viiakse süsteem nulltemperatuurilt temperatuurini formula_10:
 formula_18
Kui entroopiat käsitleda olekufunktsioonina, siis on selline määratlus sisukas peaasjalikult tasakaaluliste olekute puhul. Fundamentaalsem on entroopia statistiline definitsioon, millest järelduvad kõik entroopia tuntud omadused.