3. Giả thuyết của đề tài
3.6.6. nghĩa vật lý của entropi
Giống như nội năng, nhiệt độ entropi cũng là một thông số nhiệt động, nó mô tả một tính chất vật lý của hệ và có thể xác định bằng thực nghiệm.
Giả thiết rằng, trong một hệ cô lập tồn tại hai trạng thái độc lập A và B có cùng một năng lượng E. Vấn đề đặt ra là: nếu hệ đang ở trạng thái A thì sau một thời gian nó có thể tự phát chuyển sang trạng thái B hoặc ngược lại hay không?
Theo nguyên lý tăng entropi: một hệ cô lập chỉ biến đổi theo một chiều duy nhất đó là chiều tăng entropi. Còn những thay đổi theo chiều ngược lại sẽ không xảy ra. Đối với các quá trình thuận nghịch thì entropi của hệ cô lập không thay đổi. Nhưng trong tự nhiên không có một quá trình nào xảy ra là hoàn toàn thuận nghịch. Vì vậy, hầu hết các quá trình tự phát xảy ra đều theo chiều tăng entropi. Đối với thế giới tự nhiên: năng lượng của vũ trụ có thể giữ không thay đổi nhưng entropi của vũ trụ thì luôn luôn tăng. Bởi vì, năng lượng tuân theo định luật bảo toàn, còn entropi thì không. Giá trị entropi đạt được cực đại khi hệ ở trạng thái cân bằng. Người ta cho rằng: entropi cũng giống như mũi tên thời gian.
Như đã xét ở trên: Trong tự nhiên luôn xảy ra các quá trình bất thuận nghịch để đưa hệ về trạng thái cân bằng. Nhưng càng đến trạng thái cân bằng thì chuyển động nhiệt của hệ càng hỗn loạn và hệ càng chuyển động hỗn loạn thì entropi của hệ càng tăng. Như vậy entropi có liên quan chặt chẽ với sự mất trật tự của một hệ nhiệt động. Cũng như sự mất trật tự của vũ trụ tăng theo thời gian thì entropi cũng tăng theo thời gian. Có thể khái
quát mối quan hệ này là: entropi là một đại lượng vật lý xác định mức độ mất trật tự của hệ. Entropi của hệ càng tăng thì độ mất trật tự của hệ càng lớn. Nói cách khác entropi là đại lượng đo mức độ mất trật tự của các nguyên tử và phân tử trong một hệ nhiệt động.
Trong nhiệt động lực học thống kê, Ludwig Boltzmann đã đưa ra mô hình mô tả mối liên hệ giữa entropi và sự mất trật tự bằng phương trình định lượng: S = KB lnW, với KB là hệ số tỉ lệ mang tên ông (hằng số Botlzmann) và W là số đo độ mất trật tự của hệ, được gọi là hàm xác suất thống kê, đó chính là số cách mà các nguyên tử trong một hệ nhiệt động có thể sắp xếp khác nhau nhưng không làm thay đổi tính chất bên ngoài của hệ.
Một ứng dụng vô cùng quan trọng của entropi đó là nguyên lý hoạt động của một trong rất nhiều phương pháp để tạo ra nhiệt độ rất thấp. Đó là phương pháp khử từ đọan nhiệt các muối thuận từ.