엔트로피 변화란?
엔트로피(S)는 열역학계의 무질서도, 즉 가능한 미시 상태(microstate)의 수를 나타내는 척도입니다. 엔트로피 변화(ΔS)는 어떤 과정이 진행되는 동안 이 무질서도가 얼마나 달라지는지를 알려줍니다. 일정한 온도에서 열이 가역적으로 이동할 때, 엔트로피 변화는 단순히 가해진 열량을 절대온도로 나눈 값과 같습니다. 이 계산기는 기본 관계식 \(\Delta S = q_{rev} / T\)를 사용해 ΔS를 줄 매 켈빈(J/K) 단위로 구해 줍니다.
계산기 사용법
먼저 가역적으로 이동한 열량 q를 줄(J) 단위로 입력하세요. 열이 계 안으로 들어오면 양수(+), 계 밖으로 빠져나가면 음수(−)로 입력합니다. 다음으로 절대온도 T를 켈빈(K) 단위로 입력합니다. 섭씨(℃) 온도라면 273.15를 더해 켈빈으로 환산해야 한다는 점을 잊지 마세요. 계산기는 q를 T로 나누어 엔트로피 변화 ΔS를 J/K 단위로 보여 줍니다.
공식 풀이
엔트로피 변화를 정의하는 식은 다음과 같습니다.
$$\Delta S = \frac{q_{rev}}{T}$$
여기서 qrev는 가역 경로를 따라 주고받은 열량이고, T는 켈빈으로 나타낸 일정한 절대온도입니다. 온도가 분모에 있기 때문에, 같은 열량이라도 온도가 낮을수록 엔트로피 변화가 더 커집니다. 화학 반응의 경우에는 표준 몰 엔트로피를 합산하는 또 다른 형태인 \(\Delta S = \sum S_{\text{생성물}} - \sum S_{\text{반응물}}\)로 구할 수도 있습니다.
예제 풀이
300 K로 유지되는 어떤 계가 1000 J의 열을 가역적으로 흡수했다고 가정해 봅시다. 그러면 다음과 같습니다.
$$\Delta S = 1000 \text{ J} \div 300 \text{ K} = 3.3333 \text{ J/K}$$
값이 양수(+)라는 것은 계가 열을 흡수하면서 엔트로피가 증가했음을 의미합니다.
자주 묻는 질문
온도를 왜 반드시 켈빈으로 써야 하나요? 엔트로피는 절대온도(열역학적 온도)를 기준으로 정의되기 때문입니다. 섭씨를 사용하면 결과가 틀리며, 0 ℃ 부근에서는 아예 정의되지 않는 값이 나올 수 있습니다.
ΔS가 음수가 될 수도 있나요? 네, 그렇습니다. 열이 계 밖으로 빠져나가면(q가 음수) ΔS도 음수가 되며, 이는 계가 더 질서 있는 상태로 변했다는 뜻입니다.
ΔS의 단위는 무엇인가요? 줄 매 켈빈(J/K)입니다. 몰 엔트로피로 나타내려면 몰수로 나누어 J/(mol·K) 단위로 환산하면 됩니다.
