Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
» Boltzmann’s Entropy Formula

Boltzmann’s Entropy Formula

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

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

이 기본 공식은 거시적인 것과 연결됩니다. 열역학적 엔트로피(S)는 시스템의 거시적 상태에 대응하는 가능한 미시적 배열 또는 미시 상태의 수(W)에 대한 함수입니다. 방정식 [latex]S = k_B ln W[/latex]는 엔트로피가 통계적 무질서 또는 무작위성의 척도임을 보여줍니다. 상수 [latex]k_B[/latex]는 볼츠만 상수로, 입자 수준의 에너지와 온도를 연결합니다.

볼츠만의 엔트로피 공식은 열역학적 개념인 엔트로피에 대한 통계적 정의를 제공합니다. 이전에는 루돌프 클라우지우스가 열 전달의 관점에서 엔트로피를 정의했습니다([latex]dS = frac{delta Q}{T}[/latex]). 볼츠만의 획기적인 발견은 이 거시적 양을 시스템을 구성하는 입자들의 통계적 특성과 연결한 것입니다. '거시 상태'는 압력, 부피, 온도와 같은 거시적 변수로 정의됩니다. '미시 상태'는 모든 개별 입자의 위치와 운동량의 특정 구성입니다. 핵심적인 통찰은 하나의 거시 상태가 엄청나게 많은 서로 다른 미시 상태에 의해 실현될 수 있다는 것입니다. 때때로 통계적 가중치 또는 열역학적 확률이라고도 불리는 양 W는 바로 이 수를 나타냅니다.

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
열역학

유형

추상 시스템

분열

혁명가

용법

널리 사용됨

전구체

  • 루돌프 클라우지우스의 열역학 제2법칙 공식화와 엔트로피의 고전적 정의
  • 제임스 클러크 맥스웰의 기체 분자 속도의 통계적 분포에 관한 연구
  • Development of probability theory by mathematicians like Pierre-Simon Laplace
  • 기체 운동론

응용 프로그램

  • 정보 이론 (섀넌 엔트로피)
  • black hole thermodynamics (bekenstein-hawking entropy)
  • 상 안정성 예측을 위한 재료 과학
  • 반응 엔트로피 계산을 위한 계산화학
  • 유리 전이 물리학

특허:

NA

잠재적 혁신 아이디어

현재 하루 4만 건이 넘는 봇 트래픽을 차단하기 위해 이 콘텐츠는 커뮤니티 회원만 이용할 수 있습니다.
> 로그인 < 또는 >등록 < 이 콘텐츠를 비롯한 모든 제한된 콘텐츠와 도구는 (100% 무료로) 이용할 수 있습니다.

관련 개념: 엔트로피, 볼츠만, 미시상태, 거시상태, 열역학, 확률, 통계역학, 볼츠만 상수.

역사적 맥락

Boltzmann’s Entropy Formula

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

(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)

관련 발명, 혁신 및 기술 원칙

고화질 이미지 및 다운로드는 등록된 회원에게만 100% 무료로 제공됩니다.

> 로그인 <