Mais au fond, qu'est-ce que l'entropie ?
Nous allons essayer d'illustrer le sens physique de l'entropie par un exemple : dans deux récipients pouvant communiquer par un robinet, on place deux gaz purs différents (par exemple, de l'oxygène et de l'azote). Les deux récipients sont à la même température et à la même pression.
Si on ouvre le robinet qui relie les deux enceintes, on constate que :
des molécules d'oxygène vont migrer vers le compartiment d'azote
des molécules d'azote vont migrer vers le compartiment d'oxygène
et ce, jusqu'à ce que les compositions dans les deux récipients deviennent égales.
On atteint alors un équilibre, et le système ne reviendra jamais spontanément à son état initial (deux gaz purs séparés). Cette transformation a eu lieu sans échange de chaleur ou de travail avec l'extérieur.
On est bien en présence d'une transformation irréversible d'un système globalement isolé : \[\Delta S={\Delta }_{i}S>0\].
Dans l'état initial, les deux gaz sont bien séparés, chaque molécule est confinée dans son récipient.
dans l'état final, l'entropie a augmenté, et les deux gaz sont totalement mélangés : il y a eu dispersion de toutes les molécules dans tout le volume atteignable. Le phénomène est dû à l'énergie cinétique microscopique des molécules, qui s'est ainsi transférée (par les chocs) indistinctement entre particules, et c'est bien de l'énergie qui s'est dispersée dans tout le système.
Si nous reprenons l'exemple introductif de ce chapitre (deux corps de températures différentes mis en contact), nous pouvons constater que :
dans l'état initial, la densité d'énergie est plus forte dans le corps chaud que dans le corps froid
en cours d'évolution, il y a transfert d'énergie du corps chaud vers le corps froid, ce qui se traduit vers une homogénéisation des températures et une meilleure dispersion de l'énergie thermique.
L'entropie d'un système mesure donc le degré de dispersion de l'énergie (sous toutes ses formes : thermique, chimique, électrique) à l'intérieur d'un système. Et le second principe stipule que, dans un système isolé, l'énergie a tendance à se disperser le plus possible.