Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
» ボルツマンのエントロピー公式

ボルツマンのエントロピー公式

1877
  • Ludwig Boltzmann
19th-century scientific office with Boltzmann's Entropy Formula and thermodynamic equations.

(画像はイメージです)

この基礎的な公式は巨視的なものと結びついている 熱力学 エントロピー (S) は、システムの巨視的状態に対応する可能な微視的配置、すなわち微視的状態の数 (W) で表されます。式 [latex]S = k_B ln W[/latex] は、エントロピーが統計的な無秩序またはランダム性の尺度であることを示しています。定数 [latex]k_B[/latex] はボルツマン定数であり、粒子レベルのエネルギーと温度を結びつけます。

ボルツマンのエントロピー公式は、熱伝達の観点からルドルフ・クラウジウスが定義したエントロピーという熱力学的概念([latex]dS = frac{delta Q}{T}[/latex])に統計的な定義を与えるものです。ボルツマンの画期的な発見は、この巨視的な量を、システムを構成する粒子の統計的性質と結びつけたことです。「マクロ状態」は、圧力、体積、温度などの巨視的な変数によって定義されます。「ミクロ状態」は、個々の粒子の位置と運動量の特定の配置です。重要な洞察は、1つのマクロ状態が膨大な数の異なるミクロ状態によって実現されるということです。統計的重みまたは熱力学的確率と呼ばれることもある量Wは、この数です。

The formula implies that the equilibrium state of an isolated system, which is the state of maximum entropy according to the Second Law of Thermodynamics, is simply the most probable macrostate—the one with the largest number of corresponding microstates (largest W). The logarithmic relationship is crucial because it ensures that entropy is an extensive property. If you combine two independent systems, their total entropy is the sum of their individual entropies ([latex]S_{tot} = S_1 + S_2[/latex]), while the total number of microstates is the product ([latex]W_{tot} = W_1 W_2[/latex]). The logarithm turns this product into a sum: [latex]k_B \ln(W_1 W_2) = k_B \ln W_1 + k_B \ln W_2[/latex]. This formula is famously engraved on Boltzmann’s tombstone in Vienna.

UNESCO Nomenclature: 2211
熱力学

タイプ

抽象システム

混乱

革命的

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ルドルフ・クラウジウスによる熱力学第二法則の定式化とエントロピーの古典的な定義
  • ジェームズ・クラーク・マクスウェルによる気体中の分子速度の統計分布に関する研究
  • Development of probability theory by mathematicians like Pierre-Simon Laplace
  • 気体分子運動論

アプリケーション

  • 情報理論(シャノンエントロピー)
  • black hole thermodynamics (bekenstein-hawking entropy)
  • 相安定性を予測するための材料科学
  • 反応エントロピーを計算するための計算化学
  • ガラス転移の物理学

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

ボットによるトラフィック(現在1日あたり4万件以上)を排除するため、このコンテンツはコミュニティメンバー限定となっています。
> ログイン < または > 登録 < (100%無料)でこれにアクセスできます。他のすべての制限付きコンテンツとツールも同様です。

関連キーワード:エントロピー、ボルツマン定数、ミクロ状態、マクロ状態、熱力学、確率、統計力学、ボルツマン定数。

歴史的背景

ボルツマンのエントロピー公式

1868
1870
1873
1877
1880
1882-01-01
1883
1865
1869
1871
1876
1877
1880
1882-01-01
1884

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

関連する発明、革新、および技術原理

フルサイズの画像とダウンロードは、登録会員のみが100%無料で利用できます。