“2º Ley de la Termodinámic

a”.”Concepto de

Entropía”

Montoya

*Recordando: La termodinámica es una ciencia

macroscópica que estudia el calor, el trabajo, la energía y los cambios que ellos producen en los estados de los sistemas.

La termodinámica estudia las relaciones entre las propiedades macroscópicas de un sistema.

La termodinámica envuelve 3 leyes principales: la Ley Cero, referente al concepto de temperatura, La Primera Ley de la Termodinámica, que nos habla del principio de conservación de energía y La Segunda Ley de la Termodinámica, que nos define el concepto de la Entropía.

*La Segunda Ley de la Termodinámica: La primera ley de la

Termodinámica nos dice que la energía se conserva. Sin embargo podemos imaginar muchos procesos en que se conserve la energía, pero que realmente no ocurren en la naturaleza. Si se acerca un objeto caliente a uno frío, el calor pasa del caliente al frío y nunca al revés. Si pensamos que puede ser al revés, se seguiría conservando la energía y se cumpliría la Primera Ley.

“Enunciados de la 2º Ley”:

Kelvin Planck: No es posible un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor procedente de un foco y la conversión de este calor en trabajo.

Clausius: No es posible proceso alguno cuyo único resultado sea la transferencia de calor desde un cuerpo frío a otro más caliente. En base a este principio, Clausius introdujo el concepto de “Entropía”.

La palabra Entropía fue utilizada por primera vez por Clausius en 1850 para calificar el grado de desorden de un sistema. Por tanto la 2º Ley de la Termodinámica dice que los sistemas aislados tienden al desorden.

Entropía es una medición de la cantidad de restricciones que existen para que un proceso se lleve a cabo y nos determina también la dirección de dicho proceso.

La Entropía es una magnitud que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo.

“La Entropía, El Desorden y El Grado de Organización”:

Vamos a imaginar que tenemos una caja con 3 divisiones ; dentro de la caja y en cada división se encuentran tres tipos diferentes de canicas: azules, amarillas y rojas, respectivamente.

Las divisiones son movibles así que decidimos quitar la primera de ellas, la que separa a las canicas azules de las amarillas.

Lo que estamos haciendo dentro del punto de vista de la entropía es quitar un grado o índice de restricción a mi sistema.

Antes de que quitáramos la primera división, las canicas se encontraban separadas y ordenadas en colores: en la primera división las azules, en la segunda las amarillas y en la tercera las rojas, estaban restringidas a un cierto orden.

Al quitar la segunda división, estoy quitando también otro grado de restricción. Las canicas se han mezclado unas con otras de tal manera que ahora no se las pueden tener ordenadas pues las barreras que les restringían han sido quitadas.

La entropía de este sistema ha aumentado al ir quitando las restricciones, pues inicialmente había un orden establecido y al final del proceso (el proceso en este caso, es quitar las divisiones de la caja) no existe orden alguno dentro de la caja.

“La entropía es en este caso una medida del orden (o desorden) de un sistema o de la falta de grados de restricción”.

Caja con todas las divisiones, menos cantidad de Entropía.

Caja sin división, más cantidad de Entropía.

“Tendencia Natural hacia el Desorden”

En sistemas físicos compuestos por una gran cantidad de objetos, la naturaleza parece favorecer el desorden frente al orden.

Es decir, si tenemos inicialmente unos cuantos objetos ordenados de determinada forma, y se aísla el sistema de influencias externas, éste sistema tiende a desordenarse a medida que el tiempo pasa.

***Ejemplo: Consideremos,

por ejemplo, una caja con dos compartimentos que contiene un gas caliente a un lado y otro frío al otro lado (1-a).

Si retiramos la separación (1-b), con el tiempo, los dos gases se mezclan íntimamente (1-c), dando lugar a un gas templado con una única temperatura (1-d).

“Entropía Procesos Reversibles e Irreversibles”: Se puede definir un proceso

reversible, como aquel que se puede invertir y dejar a un sistema determinado con las mismas condiciones iniciales.

Y como proceso irreversible, aquel que no se puede invertir y el proceso no pude volver a sus condiciones iniciales.

* La Entropía no se conserva, excepto en los procesos reversibles, y esta propiedad no familiar es la razón del por qué existe cierto misterio con el término de Entropía.

*** “Dato Curioso”:

• Cuando se mezcla un vaso de agua caliente con uno de agua fría, el calor entregado por el agua caliente, es igual al recibido por el agua fría, sin embargo la Entropía de agua caliente disminuye y la del agua fría aumenta; pero el aumento es mayor que la disminución por lo que la Entropía total del sistema aumenta.

* Pero... ¿De dónde ha salido esta entropía adicional? La respuesta es que ha sido creada en el proceso de mezcla. Por otra parte una vez creada la Entropía no puede ser destruida, el Universo debe cargar con este aumento de Entropía.

* “ La energía no puede ser creada ni destruída”, nos dice el 1º principio de la termodinámica “La Entropía no puede ser destruida, pero puede ser creada”, nos dice el 2º principio.

“Fórmula de Entropía” Se define Entropía como:

S = Qrev/T: Qrev es el calor involucrado en proceso reversible a una temperatura T

Las unidades de esta función de estado serán: cal/grado = u.e. (Unidad Entrópica)

Muchas gracias.