안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
엔트로피는 어떤 상태를 만들 수 있는 미시적인 배열의 가짓수를 나타내는 양이에요. 볼츠만은 이를 S = k ln W로 나타냈어요. 뜨거운 쪽에 에너지가 몰린 상태보다 에너지가 고루 퍼진 상태의 경우의 수가 압도적으로 많아요. 분자들이 무작위로 부딪치며 에너지를 주고받으면 자연히 그쪽으로 흘러가고, 저절로 다시 모일 확률은 사실상 0이에요.
열역학적으로는 열 Q가 온도 T에서 들어오면 엔트로피가 Q/T만큼 늘어요. 뜨거운 물체(T_h)에서 차가운 물체(T_c)로 열이 가면, 차가운 쪽이 얻는 Q/T_c가 뜨거운 쪽이 잃는 Q/T_h보다 커서 전체 엔트로피가 늘어나요.
열기관은 고온의 열을 받아 일로 바꾸는데, 일에는 엔트로피가 실려 나가지 않아요. 받아들인 엔트로피를 내보내려면 열의 일부를 반드시 저온부에 버려야 해요. 이 한계를 계산한 카르노 효율이 1 - T_c/T_h이고, 저온부가 절대영도가 아닌 한 100%가 될 수 없어요. 실제로 자동차 엔진은 30~40%, 최신 복합화력발전소도 60% 남짓에 머물러요 :)