İstatistiksel entropi (Entropi ve düzensizlik)

Entropinin sistemin düzensizliğinin bir ölçüsünün olduğunu daha önceki termodinamiğin II. Ve III. Yasalarında söylemiştik. Entropinin mutlak değeri, sistemin toplam düzensizliğine bağlayan ve termodinamiğin III. yasasınca matematiksek tanımı, istatistiksel mekanik yardımıyla türetilmiştir. Burada ısıtılan bir sistem düşünelim, bu ısıtılan sistemde enerji düzeyleri değişmediği halde, bu enerji seviyelerine dahil olan molekülerin sayısı değişmektedir, yani diğer bir ifadeyle düşük enerji seviyedeki moleküllerden bazıları daha yüksek enerji seviyelerine geçmektedir. Fakat sistemde iş yapılır ise enerji seviyeleri ve molekül sayıları değişmektedir. Bu durumda sabit hacimde iş olmayacağından sistemin enerji düzeyi sıfır olacaktır. Sabit hacimdeki bir sistemin mutlak sıfır sıcaklığı ile herhangi bir sıcaklığa yaklaştığında ise toplam iç enerji sırasıyla u ve u(0) olmaktadır. Termodinamiğin I.ve II. yasalarının matematiksel tanımları, düzensizliğin maksimum olma koşulu ile birleştirilerek termodinamiğin III. yasası matematiksel eşitliğe ulaşır. Bu nedenle istatistiksel entropi aynen termodinamik entropi gibi davranmaktadır ve burada sıcaklık düştükçe Ω düzensizliği ve dolayısıyla entropisi azalmaktadır. Sonuçta sıcaklık sıfır iken Ω(0)=1 olmaktadır. Bu durum saf ve düzenli kristalerin mutlak entropilerinin mutlak sıfır civarı değerinin sıfır olduğunu söyleyen termodinamiğin III. yasası ile de uyuşmaktadır.

İsmail Çelik

Kaynak:
[1]. Prof.Dr.Yüksel Sarıkaya – Fizikokimya (Gazi Kitabevi Yayınları-2011)